[发明专利]一种含有石墨烯的复合导热填料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含有石墨烯的复合导热填料及其制备方法和应用，属于新材料及其应用技术领域。利用化学气相沉积法在适宜温度和气氛下在氧化铝等耐高温的常规导热填料表面生长石墨烯层，制备出石墨烯层包覆于基体填料表面的复合导热填料。所制备复合导热填料颗粒石墨烯均匀紧密的包覆基体填料表面，形成完整稳定的壳层结构。由于石墨烯自身优异的导热性能，应用此种复合导热填料可使所制备的复合材料导热性能较直接使用常规导热填料在相同添加量下获得达4倍的提升，制备的导热复合材料导热率可达15W/mK。此种石墨烯复合导热填料制备工艺简单，可大规模工业化生产，作为新型高效导热填料应用于导热复合材料的制备。

技术领域

本发明涉及新材料及其应用技术领域，具体涉及一种含有石墨烯的复合导热填料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的发展，电子元器件的微型化及多功能化对器件的散热性提出了更高的要求。器件的散热问题已成为迅速发展的电信产业面临的技术“瓶颈”。与传统金属材料相比，导热高分子复合材料具有轻质、柔性、耐腐蚀等优势，且能制备成传统金属材料无法实现的导热界面材料。一般来说，有机高分子基体本身都是热的不良导体，直接使用无法获得理想的导热性能。复合材料中需加入大量导热的填料以实现导热效果。传统的导热填料一般存在自身密度过大、价格昂贵(如银)或自身导热性能偏低(如氧化铝)等缺点，严重制约了复合材料导热性能的进一步提升。

研究表明，石墨烯具有优异的导热性能，其导热系数高达5300W m^-1K^-1，远高于碳纳米管和金刚石。此外石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状完美晶格，具有很高的结构稳定性和化学稳定性。因此石墨烯作为一种新型高效的导热填料具有很大的应用潜力。但是如将石墨烯直接作为导热填料单独使用也存在着难分散，成本高，对影响复合材料力学性能等方面的问题。

发明内容

为了解决石墨烯材料应用中遇到的上述问题，本发明提供一种含有石墨烯的复合导热填料及其制备方法和应用。本发明将石墨烯与传统导热填料复合，显著提升传统导热填料的导热性能，同时克服了石墨烯径厚比大，易团聚，作为纳米材料分散困难，影响复合材料力学性能，单独使用成本高等问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种含有石墨烯的复合导热填料，该复合导热填料是由石墨烯均匀紧密包覆于导热填料基体表面形成的壳核结构，其中：所述石墨烯在复合导热填料中所占的重量百分比为0.5-55％。

所述导热填料基体为氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅或氧化锌等常用的耐高温的导热填料，所述导热填料基体粒径范围为100nm-3mm。

所述复合导热填料的粒径大小和形状通过选用不同粒径和形状的导热填料基体进行调节。

所述含有石墨烯的复合导热填料的制备方法，是利用化学气相沉积法在导热填料基体表面生长石墨烯层，制备出石墨烯包覆于导热填料基体表面的复合导热填料。该方法具体包括如下步骤：

(1)在载气保护气氛下将反应炉腔体加热到设定温度(800-1600℃)；

(2)向反应炉腔体恒温区内加入所需量的导热填料基体，保温5min-1h；

(3)通入碳源气体氢气的混合气，混合气中甲烷和氢气的流量比1：(40-80)，反应时间10min-6h；

(4)在载气保护气氛下将制得的含有石墨烯的复合导热填料取出。

所述化学气相沉积的温度范围为800-1600℃。

所述化学气相沉积过程中，所用载气为氩气和氮气中的一种或两种，载气流量根据反应腔体体积而定；所用碳源气体为甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一种或几种。