[发明专利]一种高导电和导热片状镓铟掺杂AZO的制备方法、片状镓铟掺杂AZO及复合材料

说明书

本发明涉及导电导热高分子复合材料领域技术领域，具体涉及一种高导电和导热片状镓铟掺杂AZO的制备方法、片状镓铟掺杂AZO及复合材料，方法包括：(1)硝酸铝、硝酸镓、硝酸铟、乙二醇、草酸、PVA加热搅拌得到铝溶胶；(2)铝镓铟复合溶胶与氧化石墨烯、醋酸锌搅拌反应并干燥得到铝镓铟复合溶胶醋酸锌包覆的氧化石墨烯粉末；(3)上述粉末在烧结炉中焙烧得到片状镓铟掺杂AZO粉末；(4)使用配置的硅烷偶联剂溶液对镓铟掺杂AZO改性得到最终产物。本发明工艺简单、可操作性强且易于大规模连续化生产。

技术领域

本发明涉及导电导热高分子复合材料领域，尤其涉及一种高导电和导热片状镓铟掺杂AZO的制备方法、片状镓铟掺杂AZO及复合材料。

背景技术

大部分高分子材料为绝缘材料，有些甚至是极佳的绝缘材料，在其表面可以聚集静电，在使用过程中产生危害，例如引发火灾，造成半导体器件的损坏，无尘清洁间的粉尘污染等等；大部分高分子材料也为低导热材料，造成结构的局部过热损坏或功耗增加等等。增加改善高分子材料的电导率和热导率的最常见的解决方案为添加导电和导热添加剂，金属粉、一些导电导热陶瓷粉、导电导热碳素材料等等是常见的导热导电添加剂，这些粉体的形貌对复合材料的电导率和热导率影响极大，高长厚比的二维片状和一维线状粉体的效果优于不规则形状的粉体。金属粉体遮色效果强，碳素材料为黑色或深灰色，采用这两类材料难以制备无金属光泽淡色系的高导电导热材料，透明无机高维度导电导热粉体(不规则形状为0～1维，线状为一维，片状二维)为最佳的解决方案，同时也没有金属的腐蚀问题。

高长厚比以及结晶的高规整度是高导电导热片状AZO的必要条件，采用水热法、溶胶-凝胶法等方法制备的片状AZO的长厚比在10左右，甚至低于10，主要原因为在结晶生长的过程中，生长是三维的，同时在厚度上也增加。采用高比表面积的石墨烯模板是厚度方向的成长，通过氧化石墨烯的选择、浓度和工艺条件可以控制长厚比，在烧结过程中将氧化石墨烯烧蚀得到高长厚比单纯的AZO。

作为导电和导热添加剂，在高分子材料中的添加量较高，从第一性原理分析，热导率的提升与粉体的体积分数成比例，电导率也同样，过量的粉体添加对高分子材料的力学性能产生极大影响，这是因为AZO与高分子材料界面不兼容，没有化学键衔接，所以需要对粉体表面进行改性，增加与高分子材料的兼容性。

发明内容

本发明提供了一种低成本、可大规模生产的高导电导热片状AZO的制备方法。为了实现上述目的，本发明采用以下步骤制备高导电导热片状AZO粉末。具体方案如下:

本申请提供了一种高导电和导热片状镓铟掺杂AZO的制备方法，包括以下步骤：

a)以氧化石墨烯为合成模板，将其分散于去离子水中，经高能量和高剪切分散得到分散均匀的氧化石墨烯浆料；

b)将可溶性的二水醋酸锌、九水硝酸铝、硝酸镓、硝酸铟、草酸和PVA塑料溶于去离子水中得其盐、酸溶液和高分子溶液，将硅烷偶联剂、去离子水、醋酸和乙醇搅拌混合成为硅烷偶联剂反应液；

c)将硝酸铝、硝酸镓和硝酸铟水溶液加入可加热反应釜内，加草酸溶液，升温至50～70℃，反应12～24小时形成粘稠溶液；

d)持续搅拌所述反应釜内的液体，再在所述反应釜内加入乙二醇和PVA溶液，同样的温度下再反应5～10小时；

e)持续搅拌所述反应釜内的液体，升温至90～110℃，脱水，得到高粘稠状的铝镓铟溶胶；

f)将所述氧化石墨烯浆料泵入耐酸碱反应釜内，或在反应釜内直接添加去离子水和氧化石墨烯粉体，搅拌均匀后采用底部的高速乳化机分散氧化石墨烯得到均匀的氧化石墨烯浆料，然后加入醋酸锌溶液，搅拌均匀，加入所述铝镓铟溶胶，搅拌均匀，得复合浆料，所述复合浆料的粘度在0.1～2Pa·s；

g)采用喷雾对所述复合浆料进行干燥，得铝镓铟溶胶和醋酸锌复合包覆氧化石墨烯粉；