[发明专利]一种高度有序且致密的石墨烯导热薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高度有序且致密的石墨烯导热薄膜的制备方法，包括将氧化石墨烯滤饼分散于溶剂中，得到大尺寸氧化石墨烯片浆料；大尺寸氧化石墨烯片浆料进行微粒化处理，得到小尺寸氧化石墨烯片浆料；小尺寸氧化石墨烯片浆料与大尺寸氧化石墨烯片浆料混合后得到氧化石墨烯浆料；将氧化石墨烯浆料涂覆于基材上，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；对氧化石墨烯薄膜进行热处理，得到石墨化薄膜；对石墨化薄膜进行压制，得到石墨烯导热薄膜。本发明降低石墨烯的边缘效应，保持石墨烯的结构完整性；有效阻止氧化石墨烯薄膜在高温热处理过程中的大幅膨胀，增加石墨烯导热膜的密度并改善石墨烯导热薄膜的晶体结构，提高了石墨烯宏观材料的导热性能。

技术领域

本发明属于石墨烯薄膜技术领域，涉及一种高度有序且致密的石墨烯导热薄膜的制备方法。

背景技术

氧化石墨是石墨层间高度氧化的一种石墨形态。由于氧化石墨富含面内和边缘的含氧官能团，具有良好的亲水性，可以使氧化石墨在水和许多其他极性溶剂（N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃等）中稳定、高浓度的分散。这种溶液具有晶性质的分散体，可以通过真空过滤、喷淋沉积、棒涂、刮涂、挤压涂布、电化学沉积、剪切取向等多种工艺制备氧化石墨烯薄膜；再将氧化石墨烯薄膜还原，是目前最常用的石墨烯导热膜制备方法。

石墨烯的导热性能与其片层的大小、片层堆叠程度及片层内部结构缺陷等密切相关。连续、大面积、缺陷密度低的石墨烯具有更高的导热性能。氧化石墨烯的sp²杂化碳扩展网络被破坏，导致其热导率和电导率很差。还原氧化石墨烯可以去除这些官能团，但要恢复石墨化sp²结构需要高温。当氧化石墨烯薄膜被热还原时，层间水分子以及氧化石墨烯薄膜本身的大量含氧官能团以气态形式释放出来。由于薄膜中产生的空隙，导致薄膜的显著膨胀。退火期间形成的空隙或气囊在石墨烯片层间形成宏观空隙，而这些缺陷作为声子的散射点，严重降低石墨烯薄膜的导热性能。通过在压力下加热或加热后施加压力可以提高石墨烯薄膜的密度，但这种方法制备的薄膜密度仅限于2.0 g/cm³左右，比石墨的单晶密度(2.266 g/cm³)低10%左右。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高度有序且致密的石墨烯导热薄膜的制备方法，降低石墨烯的边缘效应，保持石墨烯的结构完整性；同时有效阻止氧化石墨烯薄膜在高温热处理过程中的大幅膨胀，增加石墨烯导热膜的密度并改善石墨烯导热薄膜的晶体结构，从而提高石墨烯宏观材料的导热性能。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种高度有序且致密的石墨烯导热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯滤饼分散于溶剂中，得到大尺寸氧化石墨烯片浆料；

对大尺寸氧化石墨烯片浆料进行微粒化处理，得到小尺寸氧化石墨烯片浆料；

将小尺寸氧化石墨烯片浆料与大尺寸氧化石墨烯片浆料混合后得到氧化石墨烯浆料；

将氧化石墨烯浆料涂覆于基材上，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；

对氧化石墨烯薄膜进行至少两次热处理，得到石墨化薄膜；

对石墨化薄膜进行压制，得到石墨烯导热薄膜。

可选的，所述氧化石墨烯滤饼的粒径为20~30μm。

可选的，所述大尺寸氧化石墨烯片浆料的粒径为20~28μm。

可选的，所述溶剂为去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中任意一种或多种溶剂组成的混合溶剂。

可选的，所述微粒化处理的方式为高压均质、球磨、砂磨、拌和磨中的一种或几种的组合。

可选的，所述小尺寸氧化石墨烯片浆料的粒径为0.2~3μm。

可选的，所述氧化石墨烯浆料中大尺寸氧化石墨烯片浆料重量比为65~95%，小尺寸氧化石墨烯片浆料重量比为5~35%。