CN105254302B - 一种石墨烯导热薄片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种石墨烯导热薄片的制备方法，将石墨烯纳米片粉末和高软化点煤沥青粉末按配比加到无水乙醇中超声，抽滤，烘干；将所得混合粉末导入模具，15~20MPa下冷压3~5min成型，再将冷压薄片夹置于高温合金模具之间，施加压力，在氮气、氩气或氦气气氛下，500~800℃处理1~3h，即得热压薄片；将所得热压薄片置于高温管式炉中，在氮气、氩气或氦气气氛下，900~1200℃处理1~3h，即得炭化薄片；将所得炭化薄片置于高温石墨化炉中，在氮气、氩气或氦气气氛下，2300~2700℃处理0.5~2h，即得石墨化石墨烯薄片。所制得的石墨化石墨烯薄片具有高导热各向异性，其制备方法简单，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于材料学领域，涉及一种碳材料，具体来说是一种石墨烯导热薄片的制备方法。
背景技术
目前，石墨烯因其独特的结构及优异的性能，如高导热（面内热导率高达4800-6000W/m·K）、高导电等能力，受到广泛关注，在高功率微电子器件散热、耐热密封材料、发热体等技术领域，具有良好的应用前景。基于石墨烯片层定向排列的二维导热薄片能充分发挥其结构优势，在片层面内散热的同时也能在厚度方向提供隔热，有利于其在热管理领域的应用。
自2004年曼彻斯顿大学通过微胶带剥离法剥离出石墨烯以来，人们广泛将注意力集中于如何得到高质量高产量的石墨烯或石墨烯制备方法的优化等。现今，已有的石墨烯制备方法多不胜数，如微胶带剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、取向附生法、溶剂剥离法、化学氧化还原法。石墨烯的量产也已经初步实现，但如何实现石墨烯的工业应用价值仍是一个亟待解决的难题。人们亦做过多次尝试，像采用真空抽滤法、喷涂法、旋涂法、真空抽滤法、气/液自组装法、Langmuir–Blodgett自组装法等制备的石墨烯薄膜，但所制备的薄膜很难保持其完整性，易破碎，空隙多，机械强度低等缺点，且生产成本高，操作繁杂。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯导热薄片的制备方法，所述的这种石墨烯导热薄片的制备方法解决了现有技术中的制备石墨烯导热薄片的方法所制备的薄膜很难保持其完整性、易破碎、空隙多、机械强度低、且生产成本高、操作繁杂的技术问题。
本发明提供了一种石墨烯导热薄片的制备方法，包括如下步骤：
1)按照质量比称取石墨烯纳米片粉末和高软化点煤沥青粉末，所述的石墨烯纳米片粉末和高软化点煤沥青粉末的质量比为5:0~0.5，将石墨烯纳米片粉末和高软化点煤沥青粉末混合，然后加入到无水乙醇中超声0.5~2h，抽滤，烘干后，得到混合粉末；所述的无水乙醇的用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:350~500 mL的比例计算；
2)将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为15~20MPa，时间为3~5min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
3)将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，采用油压机施加0~5MPa压力，采用在氮气、氩气或氦气气氛中任意一种气氛下，以3~5℃/min的升温速率，升温至420~450℃，恒温0.5~1.5h，再以1~5℃/min的升温速率，升至500~800℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至21~34MPa，恒温1~3h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片；热压石墨烯薄片的厚度为179~211μm。
进一步的，将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，采用在氮气、氩气或氦气气氛中任意一种气氛下，进行900~1200℃炭化处理1~3h，即得到炭化石墨烯薄片。
进一步的，将所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，采用在氮气、氩气或氦气气氛中任意一种气氛下，进行2300~2700℃石墨化处理0.5~2h，即得到石墨化石墨烯薄片。
进一步的，所述的石墨烯纳米片粉末是通过如下方法制备的：
1)量取一定量的浓硫酸置于一个反应容器中，向其中加入硝酸钠，搅拌使硝酸钠溶解后，再加入鳞片石墨，待鳞片石墨分散均匀后，缓慢加入高锰酸钾反应，整个过程采用冰浴使体系保持在0~5℃反应1~2h，然后温度升至30~45℃反应1~3小时，然后向反应体系中缓慢加入第一批去离子水，反应20~40min，之后再慢慢加入第二批去离子水，随后再加入H2O2，继续反应5~20min，所得的反应液趁热抽滤，所得滤饼用质量百分比浓度为3~10%的HCl水溶液洗涤，以去除金属离子；
2)然后将去离子水加入到滤饼中，搅拌均匀后进行离心洗涤，直至胶体的pH为中性，超声5~15min，即得氧化石墨烯胶体；
3)取氧化石墨烯胶体于一个聚四氟乙烯容器中，添加氨水调节PH为11，搅拌下缓慢加入质量百分比浓度为30~60%的水合肼溶液，氧化石墨烯胶体和水合肼溶液的质量比为1:8~12，然后进行微波处理；20s微波加热，20s取出搅拌为1循环，重复操作3~8循环，之后抽滤，冷冻干燥，即得石墨烯纳米片粉末。
进一步的，所述的浓硫酸的质量百分比浓度为60~98%。
进一步的，所述的浓硫酸、硝酸钠、鳞片石墨、高锰酸钾、第一批去离子水、第二批去离子水、H2O2、HCl水溶液的物料比96mL：2g：2g：12g：80mL：200mL：10mL：1000mL。
进一步的，步骤（1）中所述的高软化点煤沥青粉末，其软化点在270~300℃，TI含量在50~70%，QI含量在10~30%，过150~300目筛。
具体的，步骤1）中，超声的条件为100W，40KHz。
本发明的一种石墨烯导热薄片的制备方法，无环境污染，抽滤后的无水乙醇可回收再利用，导热薄片的制备，其操作过程简便，成本低，可用于大批量工业生产。本发明的一种石墨烯导热薄片的制备方法所得的石墨烯导热薄片具有高的导热各向异性，所制得的石墨化石墨烯薄片具有高导热各向异性，平面热导率在300~405 W/m·K，轴向热导率在0.89~1.20W/m·K；石墨化石墨烯薄片具有高强度，其拉伸强度在7.76~10.94MPa，变形量在1.13~1.25%，在散热领域具有潜在的实际应用价值。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明利用微波协助剥离还原制得的石墨烯纳米片为原料，引入高软化点煤沥青为粘结剂，采用热压工艺制得的石墨烯薄片，其机械强度高，不易破损，导热性能优异，制造成本低，制备工艺简单，具有巨大的潜在应用价值及工业量产基础。采用本发明所得的高导热石墨烯薄片具有表面光滑、拉伸强度高、空隙少、石墨烯片层沿面内取向度高、热导率高等特点。
附图说明
图1是石墨烯薄片的面内取向度的测定原理示意图。
图2是实施例1步骤（1）中石墨烯纳米片的xrd图（a）及步骤（5）所得石墨化石墨烯薄片xrd图(b)。
图3是实施例1步骤（3）所得热压石墨烯薄片光学照片（a）及平面（b）和横截面（c）的SEM图。
图4是实施例1步骤（3）所得热压石墨烯薄片、步骤（4）所得炭化石墨烯薄片与步骤（5）所得石墨化石墨烯薄片的面内取向度。
图5是实施例1步骤（5）所得石墨化石墨烯薄片的拉伸性能。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明实施例中所用的扫描电子显微镜，型号Phenom Pro。
所用的X射线衍射仪，型号D/max2200PC（CuKα，λ=0.15406 nm），日本理学公司生产。
样品的极图通过安装在D/max2200PC型X射线衍射仪上的多功能织构测试台测试，对不同样品的(002)晶面采用Schulz反射法作反射观察。
本发明的实施例中热压石墨烯薄片、炭化石墨烯薄片与石墨化石墨烯薄片的面内取向度的测定，需要样品在三维空间内旋转，测试原理示意图如图1所示，其中α为样品偏转角度，β为样品自转角度，α=0~70°，β=0~360°，样品自转速度为10°/min。首先通过预扫描测定不同样品不同晶面的准确布拉格角，然后对样品实行三维旋转，旋转过程中满足布拉格角的晶面会发生衍射，衍射峰的强度分布即能表征样品该晶面的取向。
本发明的实施例中石墨烯薄片的热扩散系数(α,mm2/s)采用德国耐弛公司的LFA447闪光法导热分析仪测试，体积密度(ρ,g/cm3)由薄片质量除以体积算出，样品的比热容(Cp,J/gK)由TA Q2000型示差扫描量热分析仪测得，热导率(λ, W/mK)由λ=α×ρ×Cp算出。
实施例1
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将0.5g石墨烯纳米片粉末和0.03g高软化点煤沥青粉末相混合，加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干后，得到混合粉末；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:350mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为20MPa，时间为3min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，油压机活塞在接触模具上表面但不施加压力下，在氮气气氛中，以5℃/min的升温速率，升温至450℃，恒温1.5h，再以5℃/min的升温速率，升至600℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至23MPa，恒温1h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为202μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行1000℃炭化处理3h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2700℃石墨化处理1h，即得到石墨化石墨烯薄片；
上述热压石墨烯薄片表面光滑，呈金属光泽的灰色，具有一定的硬度和拉伸强度。
上述石墨烯纳米片的xrd见图2(a)所示，从图2(a)可以看出石墨烯纳米片在26°左右出现一个宽衍射峰，说明氧化石墨烯经微波协助剥离还原后形成石墨烯纳米片。图2(b)为石墨化石墨烯薄片的xrd图，在26.5°可明显观察到一个尖锐的衍射峰，说明石墨化石墨烯薄片中石墨烯间的层间距极剧减小。
上述热压石墨烯薄片的光学照片及平面和横截面的SEM图如图3所示，图3中a为热压薄片光学照片，b为热压薄片平面SEM图，c为热压薄片横截面SEM图，从图3中可以得出，石墨烯薄片的平面和横截面结构呈现显著差异。
上述所得的热压、炭化和石墨化石墨烯导热薄片中石墨烯片层的取向度见图4所示，从图4中可以得出，热压石墨烯薄片偏转角度在5°以内的占41%左右，20°以内的占91%左右；炭化石墨烯薄片偏转角度在5°以内的占39%左右，20°以内的占90%左右；而石墨化石墨烯薄片薄片偏转角度在5°以内的占42%左右，20°以内的占93%左右，与热压、炭化薄片相比，石墨化薄片取向度明显稍高于前两者，由此表明了本发明所得的石墨烯薄片具有石墨烯片层沿面内取向度高的特点。
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.382 g/cm3，平面热导率为405 W/m·K，轴向热导率为1.19 W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到10.94MPa，变形量为1.21%。
实施例2
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将0.5g石墨烯纳米片粉末和0.01g高软化点煤沥青粉末相混合，加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干后，得到混合粉末；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:400mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为15MPa，时间为5min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，采用油压机施加3MPa压力，在氮气气氛下，以3℃/min的升温速率，升温至450℃，恒温1h，再以1℃/min的升温速率，升至600℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至30MPa，恒温2h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为187μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行900℃炭化处理2h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2300℃石墨化处理2h，即得到石墨化石墨烯薄片；
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.327 g/cm3，平面热导率为325 W/m·K，轴向热导率为1.16 W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到8.96MPa，变形量为1.25%。
实施例3
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将0.5g石墨烯纳米片粉末和0.02g高软化点煤沥青粉末相混合，加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干后，得到混合粉末；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:500mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为20MPa，时间为5min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，采用油压机施加5MPa压力，在氮气气氛下，以3℃/min的升温速率，升温至420℃，恒温0.5h，再以1℃/min的升温速率，升至500℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至32MPa，恒温3h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为182μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行1200℃炭化处理1h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2500℃石墨化处理1.5h，即得到石墨化石墨烯薄片；
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.447g/cm3，平面热导率为377W/m·K，轴向热导率为1.20W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到8.27MPa，变形量为1.13%。
实施例4
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在不添加沥青粉末下，将0.5g石墨烯纳米片粉末加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:450mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的粉末导入到模具中，调节油压机压力为20MPa，时间为5min，将粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，油压机活塞在接触模具上表面但不施加压力下，在氮气气氛中，以5℃/min的升温速率，升温至450℃，恒温1.5h，再以1℃/min的升温速率，升至500℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至21MPa，恒温1h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为198μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行1000℃炭化处理3h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2700℃石墨化处理1h，即得到石墨化石墨烯薄片；
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.329g/cm3，平面热导率为300W/m·K，轴向热导率为1.20W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到7.76MPa，变形量为1.16%。
实施例5
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将0.5g石墨烯纳米片粉末和0.04g高软化点煤沥青粉末相混合，加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干后，得到混合粉末；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:350mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为15MPa，时间为3min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，油压机活塞在接触模具上表面但不施加压力下，在氮气气氛中，以3℃/min的升温速率，升温至450℃，恒温1h，再以5℃/min的升温速率，升至800℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至29MPa，恒温1h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为211μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行1200℃炭化处理3h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2300℃石墨化处理1.5h，即得到石墨化石墨烯薄片；
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.411g/cm3，平面热导率为369W/m·K，轴向热导率为0.98 W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到9.56MPa，变形量为1.19%。
实施例6
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将0.5g石墨烯纳米片粉末和0.01g高软化点煤沥青粉末相混合，加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干后，得到混合粉末；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:400mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为18MPa，时间为3min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，采用油压机施加5MPa压力，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率，升温至450℃，恒温1.5h，再以4℃/min的升温速率，升至600℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至34MPa，恒温2h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为179μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行1000℃炭化处理1h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2500℃石墨化处理2h，即得到石墨化石墨烯薄片；
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.331g/cm3，平面热导率为330W/m·K，轴向热导率为0.98 W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到8.31MPa，变形量为1.18%。
实施例7
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将0.5g石墨烯纳米片粉末和0.03g高软化点煤沥青粉末相混合，加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干后，得到混合粉末；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:500mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为20MPa，时间为5min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，油压机活塞在接触模具上表面但不施加压力下，在氮气气氛中，以3℃/min的升温速率，升温至420℃，恒温0.5h，再以1℃/min的升温速率，升至500℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至21MPa，恒温3h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为208μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行900℃炭化处理1h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2500℃石墨化处理2h，即得到石墨化石墨烯薄片；
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.374g/cm3，平面热导率为388W/m·K，轴向热导率为0.96 W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到10.56MPa，变形量为1.20%。
实施例8
一种石墨烯导热薄片的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将0.5g石墨烯纳米片粉末和0.04g高软化点煤沥青粉末相混合，加入到无水乙醇中，在100W，40KHz下超声处理1h，抽滤，70℃烘干后，得到混合粉末；
无水乙醇用量，按石墨烯粉末：无水乙醇为1g:400mL的比例计算；所述的石墨烯粉末通过催化氧化多次插层剥离技术制得；
（2）、将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为20MPa，时间为3min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
（3）、将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，采用油压机施加3MPa压力，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率，升温至420℃，恒温1.5h，再以5℃/min的升温速率，升至600℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至30MPa，恒温1h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片，其厚度为209μm；
（4）、将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，在氮气气氛下，进行900℃炭化处理1h，即得到炭化石墨烯薄片；
（5）、将步骤（4）所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，在氩气气氛下，进行2500℃石墨化处理2h，即得到石墨化石墨烯薄片；
经测试，上述所得的石墨化石墨烯薄片体积密度为1.407g/cm3，平面热导率为358W/m·K，轴向热导率为0.89W/m·K；石墨化薄片的最大拉伸应力能达到9.03MPa，变形量为1.23%。
实施例9 一种石墨烯纳米片粉末的制备方法
量取96mL浓硫酸置于干燥圆底烧瓶中，向其中加入2g硝酸钠，搅拌使硝酸钠溶解后，再加入2g鳞片石墨，待鳞片石墨分散均匀后，缓慢加入12g高锰酸钾，反应1.45h，整个过程采用冰浴使体系保持在0~5℃，然后温度升至35℃反应2h，然后向反应体系中缓慢加入80mL去离子水，反应30min，之后再慢慢加入200mL去离子水，随后再加入10mL H2O2，继续反应10min，所得的反应液趁热抽滤，所得滤饼用1000mL质量百分比浓度为5%的HCl水溶液洗涤，以去除金属离子。然后将适量去离子水加入到滤饼中，搅拌均匀后进行离心洗涤，直至胶体的pH为中性，超声10min，即得氧化石墨烯胶体；
取40mL1.5mg/mL的氧化石墨烯胶体于聚四氟乙烯容器中，添加氨水调节PH为11，搅拌下缓慢加入0.6g 50%水合肼溶液，然后将容器置于功率为800W的微波炉中，进行微波；20s微波加热，20s取出搅拌为1循环，重复操作5循环，之后抽滤，于-50℃、1Pa真空度下冷冻干燥，即得石墨烯纳米片粉末。
Claims (7)
1.一种石墨烯导热薄片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）按照质量比称取石墨烯纳米片粉末和高软化点煤沥青粉末，所述的石墨烯纳米片粉末和高软化点煤沥青粉末的质量比为5:0~0.5，将石墨烯纳米片粉末和高软化点煤沥青粉末混合，然后加入到无水乙醇中超声0.5~2h，抽滤，烘干后，得到混合粉末；所述的无水乙醇的用量，按石墨烯纳米片粉末：无水乙醇为1g:350~500 mL的比例计算；
2）将步骤（1）所得的混合粉末导入到模具中，调节油压机压力为15~20MPa，时间为3~5min，将混合粉末直接冷压制成薄片；
3）将步骤（2）所得的冷压薄片夹置于表面光滑的高温合金模具之间，置于管式炉中，采用油压机施加0~5MPa压力，采用在氮气、氩气或氦气气氛中任意一种气氛下，以3~5℃/min的升温速率，升温至420~450℃，恒温0.5~1.5h，再以1~5℃/min的升温速率，升至500~800℃，在高温合金的热膨胀效应下体系自升压至21~34MPa，恒温1~3h后，然后自然冷却至室温，即得到热压石墨烯薄片；热压石墨烯薄片的厚度为179~211μm。
2.如权利要求1所述的石墨烯导热薄片的制备方法，其特征在于：将步骤（3）所得的热压石墨烯薄片置于高温管式炉中，采用在氮气、氩气或氦气气氛中任意一种气氛下，进行900~1200℃炭化处理1~3h，即得到炭化石墨烯薄片。
3.如权利要求2所述的石墨烯导热薄片的制备方法，其特征在于：将所得的炭化石墨烯薄片置于高温石墨化炉中，采用在氮气、氩气或氦气气氛中任意一种气氛下，进行2300~2700℃石墨化处理0.5~2h，即得到石墨化石墨烯薄片。
4.如权利要求1所述的石墨烯导热薄片的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯纳米片粉末是通过如下方法制备的：
1）量取一定量的浓硫酸置于一个反应容器中，向其中加入硝酸钠，搅拌使硝酸钠溶解后，再加入鳞片石墨，待鳞片石墨分散均匀后，缓慢加入高锰酸钾反应，整个过程采用冰浴使体系保持在0~5℃反应1~2h，然后温度升至30~45℃反应1~3小时，然后向反应体系中缓慢加入第一批去离子水，反应20~40min，之后再慢慢加入第二批去离子水，随后再加入H2O2，继续反应5~20min，所得的反应液趁热抽滤，所得滤饼用质量百分比浓度为3~10%的HCl水溶液洗涤，以去除金属离子；
2）然后将去离子水加入到滤饼中，搅拌均匀后进行离心洗涤，直至胶体的pH为中性，超声5~15min，即得氧化石墨烯胶体；
3）取氧化石墨烯胶体于一个聚四氟乙烯容器中，添加氨水调节pH为11，搅拌下缓慢加入质量百分比浓度为30~60%的水合肼溶液，氧化石墨烯胶体和水合肼溶液的质量比为1:8~12，然后进行微波处理；20s微波加热，20s取出搅拌为1循环，重复操作3~8循环，之后抽滤，冷冻干燥，即得石墨烯纳米片粉末。
5.如权利要求4所述的石墨烯导热薄片的制备方法，其特征在于：所述的浓硫酸的质量百分比浓度为60~98%。
6.如权利要求4所述的石墨烯导热薄片的制备方法，其特征在于：浓硫酸、硝酸钠、鳞片石墨、高锰酸钾、第一批去离子水、第二批去离子水、H2O2、HCl水溶液的物料比96mL：2g：2g：12g：80mL：200mL：10mL：1000mL。
7.如权利要求1所述的石墨烯导热薄片的制备方法，其特征在于:步骤（1）中所述的高软化点煤沥青粉末，其软化点在270~300℃，TI含量在50~70%，QI含量在10~30%，过150~300目筛。
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