[发明专利]一种预构建三维石墨烯网络及导热复合材料制备方法

说明书

本发明公开了一种预构建三维石墨烯网络及导热复合材料制备方法，属于材料工程技术领域，将石墨烯与造孔材料以一定的比例均匀混合，并压缩制备成致密混合压片，加热使造孔材料完全分解获得多孔三维石墨烯网络，之后用树脂对三维网络真空辅助浸渍，固化获得三维石墨烯网络导热复合材料，使用本发明公开的方法制备的复合材料的导热性能优异。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种预构建三维石墨烯网络及高导热复合材料的制备方法。

背景技术

随着科技的发展，半导体技术日渐完善，电子设备、工业设备的集成度越来越高，功率越来越大，其发热量也越来越大，特别是对于高精密的设备，热量在设备内部累积会导致电子元器件的可靠性下降，从而对设备的精度、以及稳定性都有巨大的影响。因此，如何将设备内部累积的热量尽快的导出成为解决问题的关键，开发性能优异的导热复合材料是有效途径。

导热复合材料一般是将导热填料与高分子树脂共混制备，其关键在于导热填料。常用导热填料包括：碳基填料(碳纤维、石墨烯、石墨、金刚石等)、金属填料(铜、铝、银等)和陶瓷填料(氧化铝、氮化铝、氮化硼等)。

石墨烯的热导率高达5300W/(m•K)，是目前已知导热性最好的材料。但是作为导热填料与树脂中制备导热复合材料存在问题：1)石墨烯作为纳米级填料，难以在树脂基体中均匀分散，易团聚，难以形成有效的导热网络；2)石墨烯的比表面积大，直接分散在树脂中的质量分数一般不超过5%，否则会导致体系的粘度过大，无法分散，所以传统的直接分散法制备石墨烯导热复合材料难以获得高导热系数。一个被广泛关注的方法就是构建石墨烯的三维网络然后对其运用负压法浸渍，这样既能将石墨烯从微观材料转换为宏观材料，又能充分发挥石墨烯微观尺度的热学性能，实现从微观尺度到宏观尺度的跨越。例如，孙颖颖等人以Hummers法和热还原法为基础制备三维石墨烯，并进一步用浇筑法制备了三维石墨烯-环氧树脂复合材料，导热系数达1.245W/(m•K) [孙颖颖等. 三维石墨烯/环氧树脂复合材料导热特性研究[J]. 化工新型材料, 2018, 46(2):5.]；Zhang等人用还原氧化石墨烯（rGO）制备了三维石墨烯网络-硅橡胶复合材料，其导系数为1.26 W/(m•K)[Zhang, et al.3D Thermally Cross-Linked Graphene Aerogel-Enhanced Silicone Rubber Elastomeras Thermal Interface Material[J]. Advanced Materials Interfaces, 2019, 6(12): 1900147]。以上工作虽然制备的导热复合材料的导热性能都有一定的提升，但是其制备过程比较复杂，同时复合材料导热性能还不够理想。。

发明内容

本发明提供了一种简单的预构建三维石墨烯网络并进一步制备导热复合材料的方法，方法简单同时复合材料具有优异的导热性能。

本发明采取的具体制备步骤为：

① 石墨烯与造孔材料的混合料压片的制备：将石墨烯与造孔材料以一定的比例混合，均匀分散得到石墨烯/造孔材料混合粉料，并进一步将混合粉料加入模具中，以一定的压力对其进行压缩操作获得混合粉料压片；

② 三维石墨烯网络制备：将步骤①获得的混合粉料压片加热，令造孔材料受热完全分解，获得多孔三维石墨烯网络；

③ 三维石墨烯网络复合材料制备：将步骤②所述的三维石墨烯网络浸入热固性树脂中，采用负压法真空辅助充分浸渍，得到三维石墨烯网络-树脂复合材料预浸料，将预浸料进行固化，最终制备得到三维石墨烯网络-树脂导热复合材料。

所述步骤①中，所用的造孔材料为在加热时能完全分解的化合物。从工艺成本节能的角度考虑，优选相对低温(分解温度200℃以下)的铵盐，包括但不限于碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵，更优选分解温度100℃以下的铵盐，如碳酸氢铵，碳酸铵。