[发明专利]一种用于高分子材料的高导热绝缘石墨烯的生产方法及石墨烯

说明书

本申请公开了一种用于高分子材料的高导热绝缘石墨烯的制备方法及石墨烯，方法包括：以氧化石墨烯为原材料得到分散均匀的氧化石墨烯浆料；将可溶性铝盐、镁盐和碱溶于去离子水得其酸碱溶液，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；将氧化石墨烯浆料泵入耐酸碱反应釜内，反应釜带搅拌和夹套温控功能；泵入碱溶液，至pH为6～9，其中，反应釜内温度为20℃～40℃；将烧结后铝镁氧化物的氧化铝/镁铝尖晶石/氧化镁包覆石墨烯的粉体，并采用可加热的立式搅拌磨对其进行研磨粉碎至粒径到石墨烯的片径，将硅烷偶联剂反应液喷入搅拌磨内，再继续球磨，至硅烷偶联剂反应液均匀包覆在所诉粉体表面，得产品铝镁氧化物和偶联剂改性石墨烯。

技术领域

本发明属于高导热绝缘无机添加剂，用于高分子材料的改性，具体涉及一种用于高分子材料的高导热绝缘石墨烯的生产方法及石墨烯。

背景技术

随着电子元器件的集成密度的增加，对绝缘材料的散热要求也越来越高，高密度晶片的衬底已经采用高导热的陶瓷，从氧化铝、碳化硅、到氮化铝等高导热陶瓷，其热导率从数十W/mK到数百W/mK，高功率电路板也同样采用陶瓷材料，陶瓷材料的硬度、脆性以及高温成形工艺使其成本很高。高分子材料是性价比最高的绝缘材料，但是其热导率在0.2W/mK左右，基本上属于低导热材料，高分子复合材料采用添加导热粉体增加其热导率，导热材料分为金属型导热材料以及无机陶瓷导热材料，金属导热材料也导电，陶瓷导热材料以绝缘材料为主，现已知的高导热材料为不同结晶形貌的碳材料，热导率高于1000W/mK，分别为三维结晶的钻石，其为绝缘体，二维石墨烯，一维的碳纳米管，后两者为导体。钻石的价格比较高，每公斤超过1000元，应用场景有限。由于石墨烯和碳纳米管非常大的各向异性，在较低的添加量即可实现较高的热导率提升，但是电导率也快速升高。

石墨烯的绝缘材料表面包覆可以降低高分子复合电导率，为了不影响石墨烯的热导率，包覆材料必须是高导热以及绝缘，部分结晶结构的陶瓷材料满足此要求，例如氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化镁、镁铝尖晶石等等，形成结晶需要超过1400℃以上的烧结，经过高温烧结后大部分陶瓷失去活性羟基，例如氧化铝，将失去化学键无法与高分子材料化学键链接，降低高分子复合材料的强度，氧化镁高温处理后还具有与水反应形成氢氧化镁的活性，而且氢氧化镁在高温时也会部分残留，不会全部转化为氧化镁，氢氧化镁的羟基可以作为活性官能团与高分子兼容，但是氧化镁在高温下与碳反应被还原，损耗被包覆的石墨烯。

氢氧化物脱水形成氧化物伴随着巨大体积收缩，作为涂层发生脱落和龟裂，所以需要控制脱水过程，降低涂层内应力，多层涂层时，需要满足最内涂层首先脱水的顺序，防止涂层的脱落。氢氧化铝的脱水温度在200℃以上，氢氧化镁的脱水温度在350℃以上，陶瓷的微波烧结结晶化温度低于常规烧结温度，石墨烯作为强微波吸收剂，可以快速提升反应物的加热，提高加热效率和促进烧结结晶化在短时间完成。

发明内容

本发明提出一种导热率高的、绝缘石墨烯的制备方法，使的工艺流程设计合理，产品性能可控，通过逐步反应制备偶联剂二次改性的多层以镁铝尖晶石陶瓷为主的包覆石墨烯粉体，本工艺具有良好的经济效益，适合规模化生产。

具体方案如下:

本申请提供了一种用于高分子材料的高导热绝缘石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

a)以氧化石墨烯为原材料，将其分散于去离子水，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)将可溶性的铝盐、镁盐和碱溶于去离子水得其酸碱溶液，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)将所述氧化石墨烯浆料泵入耐酸碱反应釜内，所述反应釜带搅拌和夹套温控功能；持续搅拌，釜内设有pH传感器和温度传感器，泵入碱溶液，至pH为6～9，其中，所述反应釜内温度为20℃～40℃；

d)持续搅拌，同时继续泵入铝盐和碱溶液，通过调整铝盐和碱溶液的流速维持pH和温度不变，使pH在6～9之间，至所有的铝盐泵入所述反应釜内；