[发明专利]基于石墨烯的高热导率复合变色材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及基于石墨烯的高热导率复合变色材料及其制备方法与应用。该材料由石墨烯纳米片分散液和有机溶剂制备而成，石墨烯纳米片和分散剂的质量比为0.05～0.2:1；所述石墨烯纳米片的面间距为0.18～0.90μm；所述有机溶剂为N‑甲基吡咯烷酮；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。本发明的利用石墨烯导热、透光的各向异性，通过改变石墨烯的定向排布方向而显示不同的颜色并改变材料的导热率，制备出同时具备高导热性能和色彩可变的材料。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及温度响应测定材料，具体涉及基于石墨烯的高热导率复合变色材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着科技的发展，工程领域已经对材料的导热性能提出了挑战，从而导致导热问题一直是工业领域以及材料领域迫切关注的话题，目前常用的导热材料大多为铜、铝等金属材料，近年来一些复合导热材料如导热塑料等由于其易塑性，重量轻，成本低以及高绝缘性等优点被尝试应用于LED以及锂电池散热等领域相关产品中。

目前以公开的导热塑料相关专利大多以金属氧化物陶瓷粉体、碳纤维以及石墨作为掺杂物，由于其热导率小(氧化物陶瓷粉等体热导率小于100W/(m·K))，掺杂量受限(碳纤维和石墨掺杂量过高会导致提高其导电性能)等因素导致最终复合而成的导热塑料热导率不到10W/(m·K)。所有的固体导热材料均呈现单一的颜色，且多数不美观。

碍于对材料的特殊功能的要求，有时候人们不得不放弃材料的色彩因素，比如灯罩材料需要考虑散热；手机屏幕、LED屏幕需要综合考虑导热性能和透光性能；桌面材料需要考虑强度等等，大多时候选择材料需要基于对材料特殊性能的要求，色彩仅能作为附属要求。

因此，同时具备高导热性能和色彩可变的材料极少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种基于石墨烯高导热率复合变色材料及其制备方法，满足工程上对同时具备高热导率和可变色材料的需求。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种基于石墨烯的高热导率复合变色材料，该材料由石墨烯纳米片、分散剂和有机溶剂制备而成，所述石墨烯纳米片和分散剂的质量比为0.03～0.12:1，石墨烯纳米片和有机溶剂质量体积比为1～1.5mg/mL；

所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述石墨烯纳米片的面间距为0.18～0.90μm，石墨烯纳米片的分散度为2层石墨烯分散液。

所述石墨烯纳米片为非氧化石墨烯的层状堆积体。

上述基于石墨烯的高热导率复合变色材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高能态石墨鳞片分散于分散剂中，利用直接液相剥离法制备非氧化还原的石墨烯纳米片分散液；

(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与有机溶剂混合，搅拌使其均匀混合成基于石墨烯的高热导率复合变色材料。

所述步骤(1)中直接液相剥离法，包括以下步骤：

利用高能态石墨鳞片在微波的作用下发生层间膨胀，将获得的膨胀石墨和聚乙烯吡咯烷酮按照1:100的质量比，同时按照膨胀石墨和N-甲基吡咯烷酮质量体积比为1～2mg/L将两者混合；连续超声48～72个小时，静置过夜，次日取上层，在7000r/min下离心1小时，吸取清液后继续超声12小时，获得最终产物石墨烯纳米片分散液。

所述步骤(1)中石墨烯纳米片分散液与有机溶剂的质量比为0.1:1。

本发明还提供一种基于石墨烯的高热导率复合变色材料的应用，该材料用于制备通过磁场调控的变色导热装置。

本发明提供一种应用上述高热导率复合变色材料的变色导热装置，包括导热部件和感应线圈；