CN107381549A - 一种石墨烯导热膜的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯导热膜的制备方法 Download PDF

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    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32Thermal properties

Abstract

本发明是一种石墨烯导热膜的制备方法,属于导热膜技术领域。本发明通过加入镁粉、二乙烯三胺、催化剂与氧化石墨烯混合反应,对氧化石墨烯进行预处理,使得氧化石墨烯表层的环氧基等基团得到还原,在超声震荡和离心处理后,氧化石墨烯悬浮液和乙二胺、N,N‑二异丙基乙胺反应,进一步对氧化石墨烯表面的环氧基等基团进行还原,从而有效减小了石墨烯导热膜片层间隙;以乙二胺作为还原剂,使用N,N‑二异丙基乙胺作为还原剂助剂,对氧化石墨烯进行处理,可以有效的对其表面进行还原,保证恒温水浴100℃下反应就能够进行彻底。本发明的有益效果是:本发明石墨烯导热膜具有更小的片层间隙,更高的导热率,值得推广与使用。

Description

一种石墨烯导热膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯导热膜的制备方法,属于导热膜制备领域。
背景技术
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层状片结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯导热膜不仅具有较高热传导系数,在高温下还具有良好的稳定性,可用作高效的散热材料。现有的导热膜多为石墨和聚酰亚胺,或是石墨烯-石墨复合散热膜,相对于单纯的石墨烯导热膜,这些导热膜的制备工艺复杂,导热率较低,且成本高。
申请号为CN102573413A的中国专利公开了一种石墨烯散热材料,包括一层以上的单分子厚度的石墨烯或石墨烯复合材料。所制备的石墨烯散热膜,导热率在600W/m·k~1500W/m·k。其中,支撑层材料为绝缘树脂、金属箔、金属单面胶带、单面绝缘胶带或双面绝缘胶带,厚度为0.01~0.05mm;粘合层为压敏胶或热熔胶,厚度为0.005~0.05mm。该方法工艺复杂,条件不易控制。因此本领域需要开发一种制备工艺简单,导热率更高的石墨烯导热膜。现有技术公开的申请号为201110002281.0的中国专利以石墨为原料,在950℃的膨胀炉内进行热膨胀加工,最后经过压延,得到超薄石墨烯纸。石墨烯纸的厚度为40μm,导热系数为300W/m·K。该制备方法虽然工艺简单,但是制备的石墨烯纸导热系数低,导热性能较差。然而利用高分子热解法能得到导热性能较好的石墨烯导热膜,但是工艺繁琐,而且每次只能得到片状的石墨烯膜,产率低,虽然能在一定程度上降低石墨烯片层间隙,但存在降低程度不高,导热率较低等问题,难以满足生产企业对导热能力的要求。因此,研发一种低片层间隙,高导热率的石墨烯导热膜具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对目前氧化石墨烯片层间隙较大,导热率较低的弊端,提供了一种石墨烯导热膜的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)将氧化石墨烯研碎,过筛,将氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、催化剂混合均匀,加入装有去离子水的烧杯中,反应,得反应液A,将反应液A低温静置,过滤得固相过滤物;
(2)取固相过滤物,加入装有NaOH溶液的烧杯中,搅拌均匀后,置于超声波震荡器中超声震荡,得氧化石墨烯的悬浮液;
(3)将氧化石墨烯的悬浮液进行离心处理,常温静置得固液混合物,过滤去除离心管中下层固相物,收集上层均质稳定的氧化石墨烯胶状悬浮液;
(4)将收集的氧化石墨烯胶状悬浮液加入装有乙醇溶液的烧杯中,将乙二胺和N,N-二异丙基乙胺加入烧杯中,边加边搅拌,恒温水浴加热反应,静置冷却得反应液B,并将反应液B洗涤至中性;
(5)将洗涤后的反应液B通过微孔滤膜过滤,过滤后在微孔滤膜表面形成一层薄膜,将薄膜连同滤膜一起置于烘箱中,烘干后常温静置冷却,将薄膜从滤膜揭下,即得到石墨烯导热膜。
所述步骤(1)中筛选的氧化石墨烯粉末为200~400目。
所述步骤(1)中氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、催化剂、去离子水的质量比为1:1~3:1~3:0.1:100。
所述步骤(1)中催化剂为Pt/C催化剂、Pd/C催化剂、Fe-N/C催化剂中的任意一种。
所述步骤(2)中NaOH溶液的质量为固相过滤物的20~30倍。
所述步骤(4)中乙二胺和N,N-二异丙基乙胺的质量比为1~4:1。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明通过加入镁粉、二乙烯三胺、催化剂并与氧化石墨烯混合反应,对氧化石墨烯进行预处理,使得氧化石墨烯表层的环氧基等基团得到还原,在超声震荡和离心处理后,氧化石墨烯悬浮液和乙二胺、N,N-二异丙基乙胺反应,进一步对氧化石墨烯表面的环氧基等基团进行还原,从而有效减小了石墨烯导热膜片层间隙;
(2)本发明以乙二胺作为还原剂,使用N,N-二异丙基乙胺作为还原剂助剂,对氧化石墨烯进行处理,可以有效的对其表面进行还原,保证恒温水浴100℃下反应就能够进行彻底。
具体实施方式
微孔滤膜:材料:混合纤维膜;规格:D=100mm;孔径:0.22μm。
本发明石墨烯导热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯研碎,筛选出200~400目的氧化石墨烯颗粒,按质量比1:1~3:1~3:0.1:100,将氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、催化剂、去离子水混合均匀,置于烧杯中,50~60℃下反应1~2h,得反应液A, 在0~10℃下将反应液静置30~50min,过滤得固相过滤物;
(2)取固相过滤物,加入装有1.8mol/L的NaOH溶液的烧杯中,搅拌均匀后,置于超声波震荡器中,在200~300W功率下超声震荡30~40min,得氧化石墨烯的悬浮液;
(3)将氧化石墨烯的悬浮液引入离心管中,在600~1200r/min的转速下离心处理1~2min,常温静置1~3h,过滤去除离心管中下层固相物,收集上层均质稳定的氧化石墨烯胶状悬浮液;
(4)将收集的氧化石墨烯悬浮液加入装有乙醇溶液的烧杯中,按质量比1~4:1将乙二胺和N,N-二异丙基乙胺,加入烧杯中,边加边搅拌,100℃恒温水浴加热,反应8~10h,静置冷却0.5~1h得反应液B,将反应液B洗涤2~3次,至呈中性;
(5)将洗涤后的反应液B通过微孔滤膜过滤,过滤后在微孔滤膜表面形成一层薄膜,将薄膜连同滤膜一起置于烘箱中,60℃烘4~5h,静置冷却0.5~1h,冷却后将薄膜从滤膜揭下,即得到石墨烯导热膜。
实例1
微孔滤膜:材料:混合纤维膜;规格:D=100mm;孔径:0.22μm。
本发明石墨烯导热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯研碎,筛选出200目的氧化石墨烯颗粒,按质量比1: 3:1:0.1:100将氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、催化剂、去离子水混合均匀,置于烧杯中, 60℃下反应2h,得反应液A,在0℃下将反应液静置30min,过滤得固相过滤物;
(2)取固相过滤物,加入装有1.8mol/L的NaOH溶液的烧杯中,搅拌均匀后,置于超声波震荡器中,在300W功率下超声震荡30min,得氧化石墨烯的悬浮液;
(3)将氧化石墨烯的悬浮液引入离心管中,在1200r/min的转速下离心处理1min,常温静置1h,过滤去除离心管中下层固相物,收集上层均质稳定的氧化石墨烯胶状悬浮液;
(4)将收集的氧化石墨烯悬浮液加入装有乙醇溶液的烧杯中,按质量比4:1将乙二胺和N,N-二异丙基乙胺,加入烧杯中,边加边搅拌,100℃恒温水浴加热,反应10h,静置冷却0.5h得反应液B,将反应液B洗涤3次,至呈中性;
(5)将洗涤后的反应液B通过微孔滤膜过滤,过滤后在微孔滤膜表面形成一层薄膜,将薄膜连同滤膜一起置于烘箱中,60℃烘4h,静置冷却0.5h,冷却后将薄膜从滤膜揭下,即得到石墨烯导热膜。
实例2
微孔滤膜:材料:混合纤维膜;规格:D=100mm;孔径:0.22μm。
本发明石墨烯导热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯研碎,筛选出300目的氧化石墨烯颗粒,按质量比1: 2:2:0.1:100将氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、催化剂、去离子水混合均匀,置于烧杯中,55℃下反应1.5h,得反应液A,在5℃下将反应液静置40min,过滤得固相过滤物;
(2)取固相过滤物,加入装有1.8mol/L的NaOH溶液的烧杯中,搅拌均匀后,置于超声波震荡器中,在300W功率下超声震荡30min,得氧化石墨烯的悬浮液;
(3)将氧化石墨烯的悬浮液引入离心管中,在800r/min的转速下离心处理2min,常温静置2h,过滤去除离心管中下层固相物,收集上层均质稳定的氧化石墨烯胶状悬浮液;
(4)将收集的氧化石墨烯悬浮液加入装有乙醇溶液的烧杯中,按质量比2:1将乙二胺和N,N-二异丙基乙胺,加入烧杯中,边加边搅拌,100℃恒温水浴加热,反应9h,静置冷却1h得反应液B,将反应液洗涤3次,至呈中性;
(5)将洗涤后的反应液B通过微孔滤膜过滤,过滤后在微孔滤膜表面形成一层薄膜,将薄膜连同滤膜一起置于烘箱中,60℃烘5h,静置冷却1h,冷却后将薄膜从滤膜揭下,即得到石墨烯导热膜。
实例3
微孔滤膜:材料:混合纤维膜;规格:D=100mm;孔径:0.22μm。
本发明石墨烯导热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯研碎,筛选出400目的氧化石墨烯颗粒,按质量比1: 1:3:0.1:100将氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、硼氢化钠、去离子水混合均匀,置于烧杯中,50℃下反应1h,得反应液A,在10℃下将反应液静置50min,过滤得固相过滤物;
(2)取固相过滤物,加入装有1.8mol/L的NaOH溶液的烧杯中,搅拌均匀后,置于超声波震荡器中,在300W功率下超声震荡40min,得氧化石墨烯的悬浮液;
(3)将氧化石墨烯的悬浮液引入离心管中在600r/min的转速下离心处理2min,常温静置3h,过滤去除离心管中下层固相物,收集上层均质稳定的氧化石墨烯胶状悬浮液;
(4)将收集的氧化石墨烯悬浮液加入装有乙醇溶液的烧杯中,按质量比1:1将乙二胺和N,N-二异丙基乙胺,加入烧杯中,边加边搅拌,100℃恒温水浴加热,反应8h,静置冷却1h得反应液B,将反应液B洗涤3次,至呈中性;
(5)将洗涤后的反应液B通过微孔滤膜过滤,过滤后在微孔滤膜表面形成一层薄膜,将薄膜连同滤膜一起置于烘箱中,60℃烘5h,静置冷却1h,冷却后将薄膜从滤膜揭下,即得到石墨烯导热膜。
对照例:厦门市某公司生产的石墨烯导热膜
将上述实施例所得石墨烯导热膜与对照例的石墨烯导热膜进行检测,具体检测如下:
热导率测量仪器:热导率动态测量仪;
厚度测量仪器:原子力显微镜,设置恒定温度为25℃、恒定压力0.1MPa;
结果如表1所示。
表1:
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
水平热导率W/(m·k) 1045 960 880 800
垂直热导率W/(m·k) 50 43 38 25
厚度/mm 0.028 0.034 0.038 0.04
由上表可知,本发明石墨烯导热膜具有较高的热导率,满足使用要求,值得推广与使用。

Claims (6)

1.一种石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)将氧化石墨烯研碎,过筛,将氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、催化剂混合均匀,加入装有去离子水的烧杯中,反应,得反应液A,将反应液A低温静置,过滤得固相过滤物;
(2)取固相过滤物,加入装有NaOH溶液的烧杯中,搅拌均匀后,置于超声波震荡器中超声震荡,得氧化石墨烯的悬浮液;
(3)将氧化石墨烯的悬浮液进行离心处理,常温静置得固液混合物,过滤去除离心管中下层固相物,收集上层均质稳定的氧化石墨烯胶状悬浮液;
(4)将收集的氧化石墨烯胶状悬浮液加入装有乙醇溶液的烧杯中,将乙二胺和N,N-二异丙基乙胺加入烧杯中,边加边搅拌,恒温水浴加热反应,静置冷却得反应液B,并将反应液B洗涤至中性;
(5)将洗涤后的反应液B通过微孔滤膜过滤,过滤后在微孔滤膜表面形成一层薄膜,将薄膜连同滤膜一起置于烘箱中,烘干后常温静置冷却,将薄膜从滤膜揭下,即得到石墨烯导热膜。
2.根据权利要求1所述石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中筛选的氧化石墨烯粉末为200~400目。
3.根据权利要求1所述石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中氧化石墨烯、镁粉、二乙烯三胺、催化剂、去离子水的质量比为1:1~3:1~3:0.1:100。
4.根据权利要求1所述石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中催化剂为Pt/C催化剂、Pd/C催化剂、Fe-N/C催化剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)
中NaOH溶液的质量为固相过滤物的20~30倍。
6.根据权利要求1所述石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)
中乙二胺和N,N-二异丙基乙胺的质量比为1~4:1。
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Address after: 236800 Qianma in the West Suburb of Baocheng District, Bozhou City, Anhui Province

Patentee after: Bozhou Yazhu New Material Co.,Ltd.

Address before: 236800 Qianma in the West Suburb of Baocheng District, Bozhou City, Anhui Province

Patentee before: BOZHOU YAZHU CARBON Co.,Ltd.

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