[发明专利]高热稳定性、绝缘高导热的氟化石墨烯的制备方法及应用

说明书

一种高热稳定性、绝缘高导热的氟化石墨烯的制备方法及应用，其中制备方法包括：将干燥的石墨烯放置在氟化釜内，氟化釜内先抽真空后再通入氮气并抽出以进行多次的置换处理，然后将氟化釜升温；将缓存釜进行多次置换处理，然后升温至与氟化釜相同的温度；将氟化反应混合气体通入升温后的缓存釜中并保持10‑30min，进行热预解离，以将氟化反应混合气体中的部分氟气分子转化为氟原子；将热预解离后的氟化反应混合气体通入升温后的氟化釜内，与石墨烯进行氟化反应0.5‑2h，得到高热稳定性、绝缘高导热的氟化石墨烯。本发明制备方法制备得到的氟化石墨烯上拥有更加均匀的氟元素分布，从而使得氟化石墨烯拥有相对均一晶格结构，进而使得其具有优良导热性能。

技术领域

本发明涉及氟化石墨烯及其制备技术领域，具体涉及一种高热稳定性、绝缘高导热的氟化石墨烯的制备方法及应用。

背景技术

随着二维纳米材料的迅速发展，石墨烯以其优异的导电性、导热性和力学性能成为最有应用前景的材料之一。然而，在应用过程中，原始石墨烯存在零能隙、反应惰性和分散性较差等问题，因此需要发展有效的方法对石墨烯进行化学改性。在诸多的改性方法中，利用氟气及其混合气体对石墨烯进行直接氟化改性的方法得到了最广泛的关注。有效的氟化可以降低石墨烯片层间的作用力，打开石墨烯的带隙，从而在光学、电学、磁学、力学、催化和吸附等方面产生有趣的性能。因此，氟化石墨烯在高性能复合材料、绝缘导热、润滑油添加剂、微波吸收和光致发光带隙材料等方面显示出潜在的应用前景。尤其，近期有研究表明氟化石墨烯具有一定的绝缘导热能力，因而氟化石墨烯在热管理应用领域具有良好的应用潜力。

现有技术中，氟化石墨烯的制备方法主要分为氟化法和剥离法两大类。氟化法主要包括直接气体氟化，等离子体氟化和水热氟化方法等。直接气体氟化除了选用氟气作为氟源，也使用了高活性的二氟化氙(Nano Lett.2013,13,9,4311–4316)进行反应，等离子体氟化需要将反应活性较低的六氟化硫等(Phys.Chem.Chem.Phys.,2017,19,31418--31428)以等离子体的方式与石墨烯进行反应，这对原材料、反应设备及合成能耗都提出了更高的要求。剥离法需要先对石墨进行氟化反应处理，再通过机械剥离、溶剂溶胀剥离或者热剥离(Small 2010,6,No.24,2885–2891)等方法制备得到，这样制备得到的氟化石墨烯片层厚，片层间氟化程度不均匀，氟含量较低，难以得到大规模应用。

综上所述，采用氟气作为氟源的直接氟化方法最适合氟化石墨烯的大规模工业生产。然而，现有研究表明基于氟气的直接氟化反应过程中，氟气是以氟分子的形式进行反应。由于反应存在能垒，导致氟化反应倾向于发生在已氟化结构的部分，导致制备得到的氟化石墨烯产物呈现氟元素不均匀分布的微观结构，利用透射电镜可以在氟化石墨烯片层上观察到氟化区和芳香区同时存在的多相结构(Carbon 132(2018)271-279)。这样的结构不仅使得氟化石墨烯仍然保留了一定的导电能力，还破坏了氟化石墨烯的晶格导热能力及热稳定性。

因此，如何发展一种有效的氟化手段，使得氟元素能够以更加均匀的形式加成到石墨烯碳骨架结构上，从而制备具有高热稳定性、绝缘高导热性能的氟化石墨烯成为了目前研究的重点方向。

发明内容

基于此，本发明提供了一种高热稳定性、绝缘高导热的氟化石墨烯的制备方法及应用，以解决现有技术的直接氟化方法所制备得到的氟化石墨烯产物呈现氟元素不均匀分布的微观结构，而出现的热稳定性不佳和本征导热能力不强的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高热稳定性、绝缘高导热的氟化石墨烯的制备方法，其包括以下步骤：

1)将干燥的石墨烯放置在氟化釜内，氟化釜内先抽真空后再通入氮气并抽出以进行多次的置换处理，再将氟化釜升温至140-260℃；

2)将缓存釜进行多次与步骤1)中相同的置换处理，然后升温至与步骤1)的氟化釜相同的温度；