[发明专利]一种低成本制备高导热石墨烯膜的方法

说明书

本发明公开了一种低成本制备高导热石墨烯膜的方法。该方法先将石墨粉、高锰酸钾分散于7:1‑11:1的浓硫酸和磷酸溶液中，制得氧化石墨悬浮液，通过洗涤分散得到氧化石墨烯分散液，室温下抽滤，制备得到氧化石墨烯薄膜；置于耐高温模具中，得到初还原的氧化石墨烯薄膜；将初还原的氧化石墨烯薄膜分别浸泡在葡萄糖、果糖、蔗糖和维生素C一种或多种的溶液中，升温至800‑1000℃，保温50‑70分钟后逐渐冷却至室温，得到高导热的石墨烯膜。本发明石墨烯膜厚度为10‑50微米且可控，室温面向导热系数为1050‑1550W m^‑1k^‑1，抗拉强度能够达到15‑35MPa，100次180°弯曲无破损。

技术领域

本发明涉及石墨烯膜，具体涉及一种低成本制备高导热石墨烯膜的方法，该高导热石墨烯膜可用于航空、移动设备等领域。

背景技术

传统的导热材料大多数为金属材质，机械强度高、耐热性好但缺具有密度大，导热率低、制造成本高等缺点，难以满足人们对生产生活的需要。非金属材料以石墨烯为代表的一类碳材料具有高导热、耐腐蚀等优越的性能已成为人们的研究热点。根据有关报道，目前高导热的石墨烯膜导热系数最高已经做到3200W m^-1k^-1，采用高温热压还原所制备的石墨烯膜其导热系数一般800-1800W m^-1k^-1,市面上销售的高导热石墨膜基本都经过高温热压处理，苛刻的生产条件和高生产成本限制了它们的大规模应用。而采用低温低压还原工艺处理(温度小于2000℃)所制备的石墨烯膜，热剥离过程释放的二氧化碳对片层结构的破坏较强，所得RGO片层的结构缺陷程度较大，产物的导热性能和机械性能不能满足人们的要求。因此，在保证石墨烯膜高导热、高柔韧性能前提下，降低高导热石墨烯膜的生产条件和生产成本是石墨烯膜大规模应用所需要解决的一个重要问题。

石墨烯是最早被合成出来的二维原子晶体，由于其具有一系列出色的性能而受到广泛关注。石墨烯的强度、刚度、弹性高，具有良好的力学性能。此外，石墨烯热导率和电子迁移率极高，且带隙可调。诸多优异的性能集中出现在一种材料中使得其在很多应用场合可代替其他材料，为相关应用领域带来一系列技术突破。作为石墨烯的宏观材料之一的石墨烯膜，凭借其高导热系数在导热传热方面尤为突出，然而如今高导热石墨烯膜生产过程一般用到高温热压处理，生产过程能耗高与节能减排不符合，并且对生产设备要求高，限制了石墨烯膜的大规模制备。因此研究一种以低温低压，并且保证石墨烯膜较高的导热性能和机械性能的生产工艺是一种发展趋势。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种室温面向导热系数为1050-1550Wm^-1k^-1，抗拉强度可达15-35MPa，100次180°弯曲无破损的低成本制备高导热石墨烯膜的方法，具有制备工艺温度低、压力低、操作简单、无污染和低成本的优势；本发明所制备的石墨烯膜只需经过2小时800-1000℃和12-15MPa的低温低压热还原处理，而现有技术的高导热石墨膜需经过3小时2800℃和200MPa以上的高温高压热还原处理。

本发明以改进的Hummers法制备氧化石墨烯分散液，然后利用溶液成膜法制备氧化石墨烯薄膜；氧化石墨烯薄膜经过一次热压还原处理后，分别浸泡在葡萄糖、果糖、蔗糖、维生素C一种或多种溶液中，最后经过二次热压还原工艺处理得到高导热石墨烯膜。

本发明目的是通过以下技术方案实现：

一种低成本制备高导热石墨烯膜的方法，包括如下步骤：

1)氧化处理：将石墨粉、高锰酸钾分散于7:1-11:1的浓硫酸和磷酸溶液中，在40-60℃条件下搅拌8-12个小时，然后冷却至室温并在冰水浴及搅拌条件下滴加双氧水以除去残余的高锰酸钾，得到亮黄色的氧化石墨悬浮液；