CN112723345A - 一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料及其制备方法，配方包括：氧化石墨烯浆料和自组装助剂，氧化石墨烯浆料和自组装助剂的重量比为10‑20∶1；一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，一次配制；步骤二，配方选取；步骤三，二次配制；步骤四，三次配制；步骤五，涂布与堆叠；步骤六，热还原；其中在上述步骤一中，取Hummer’s法制得且清洗后的氧化石墨烯反应物，且氧化石墨烯反应物的固含量为3%‑10%，该发明，通过堆叠组合成所需任意厚度的石墨烯膜材，降低了涂布环节的生产难度与成本，同时选用的粘结剂为常见工业原料，成本低，与氧化石墨烯的亲和性好，为大规模生产提供了便利。

Description

一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，具体为一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料及其制备方法。

背景技术

石墨烯自2004年被被获得之后，因其超高的导热性能(-5300W/m·K)而受到关注，并在近年开发出基于石墨烯原理的氧化还原反应石墨烯导热膜制备方法和产品，用于电子产品的散热。

目前常用的电子产品导热材料—人工石墨，其厚度受到原材料PI膜的限制，目前尚无法超过100μm，而随着电子产品尤其是芯片的更新换代，使用功率日渐提高，其对散热的要求也越来越高，需要更厚的散热材料在保持当前导热系数的前提下，增加厚度提高热通量，起到更好的均热效果。

通过涂布Hummer’s法生产的氧化石墨烯浆料得到的氧化石墨烯膜，由于本身性质的限制目前也很难突破单层100μm以上，因此需要一种对氧化石墨烯浆料进行改性，使其适应氧化石墨烯厚膜材的生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料，配方包括：氧化石墨烯浆料和自组装助剂，氧化石墨烯浆料和自组装助剂的重量比为10-20∶1。

一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，一次配制；步骤二，配方选取；步骤三，二次配制；步骤四，三次配制；步骤五，涂布与堆叠；步骤六，热还原；

其中在上述步骤一中，取Hummer’s法制得且清洗后的氧化石墨烯反应物，且氧化石墨烯反应物的固含量为3%-10%，粘度为100000-1000000cp，加入行星分散机搅拌1-4h，得到氧化石墨烯浆料；

其中在上述步骤二中，自组装助剂溶液的溶质包括以下化合物中的一种或几种：环氧树脂、聚醚酰亚胺、羟丙基甲基纤维素醚和聚乙烯亚胺；视溶质与溶剂的不同组合；

其中在上述步骤三中，计算好浓度后，将适量步骤二中描述的自组装助剂溶液倒入烧杯内，再小心放入步骤二中描述的自组装助剂溶质粘结剂溶质，使用磁力搅拌机搅拌0.5-3h，待溶质完全溶解在溶剂中后，使用高速分散机搅拌0.5-1h，随后将完全分散的粘结剂溶液置入消泡机消泡1-2h，消泡完成后得到自组装助剂待用；

其中在上述步骤四中，将步骤三中所得自组装助剂加入步骤一中得到的石墨烯浆料中，根据自组装助剂的配方不同，氧化石墨烯浆料和自组装助剂的配比为在10-20∶1之间，将加入了自组装助剂的氧化石墨烯浆料投入行星分散机中，搅拌2-4h，然后通过高速剪切分散机分散，最后通过消泡机消泡1-2h,得到氧化石墨烯复合浆料；

其中在上述步骤五中，取步骤四所得氧化石墨烯复合浆料，采用手工涂布或涂布机涂布的方式，烘干后制得氧化石墨烯薄膜；

其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的氧化石墨烯膜材进行热处理，分阶段升温最终加热至2800℃，随后经过热处理后得到的石墨烯膜材。

根据上述技术方案，所述步骤二中，自组装助剂溶液的溶剂可选用以下的一种：去离子水、氨水、乙醇和DMF。

根据上述技术方案，所述步骤二中，自组装助剂的质量浓度为5-20%。

根据上述技术方案，所述步骤四中，高速剪切分散机转速为4000-8000rpm。

根据上述技术方案，所述步骤五中，氧化石墨烯薄膜的厚度在10-100μm。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1.在氧化石墨烯浆料阶段加入自组装助剂，避免了涂布之后需要额外加入石墨烯薄膜贴合的工序，也无需其它特殊条件、环境如高温高压等，提升了生产效率

2.只需生产少数集中标准厚度的石墨烯薄膜，用该方法堆叠组合成所需任意厚度的石墨烯膜材，降低了涂布环节的生产难度与成本。

3.使用该氧化石墨烯复合浆料，自组装助剂可引导氧化石墨烯片层在层内与层间有规律的排布，提升最终成品的性能，同时自组装助剂与氧化石墨烯分子间形成化学键，经历高温热还原后C-C键得以保留，形有效的连接石墨烯片层，可进行声子传热过程，相比其他组合石墨烯薄膜的方式，最大程度的避免了热导率在层与层之间的损失。

4.本方法中选用的粘结剂为常见工业原料，成本低，与氧化石墨烯的亲和性好，为大规模生产提供了便利。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明实施例1中生产得到的石墨烯膜材图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：

实施例1：

一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料，配方包括：氧化石墨烯浆料和自组装助剂，氧化石墨烯浆料和自组装助剂的重量比为10-20∶1。

一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，一次配制；步骤二，配方选取；步骤三，二次配制；步骤四，三次配制；步骤五，涂布与堆叠；步骤六，热还原；

其中在上述步骤一中，取Hummer’s法制得且清洗后的氧化石墨烯反应物，且氧化石墨烯反应物的固含量为3%，粘度为150000cp，加入行星分散机搅拌2h，得到氧化石墨烯浆料；

其中在上述步骤二中，自组装助剂溶液的溶质为环氧树脂；自组装助剂溶液的溶剂为乙醇，自组装助剂的质量浓度为5-20%；

其中在上述步骤三中，取环氧树脂5g，溶解在95g的乙醇中，使用磁力搅拌机以500rpm搅拌0.5h，待溶质完全溶解在溶剂中后，使用高速分散机以2500rpm分散0.5h，随后将完全分散的粘结剂溶液置入消泡机消泡0.5h，消泡完成后得到质量浓度为5%的自组装助剂待用；

其中在上述步骤四中，将步骤三中所得100g的自组装助剂加入1000g的石墨烯浆料中，将加入了自组装助剂的氧化石墨烯浆料投入行星分散机中，搅拌2h，然后通过高速剪切分散机分散，且高速剪切分散机转速为6000rpm，最后通过消泡机消泡1h,得到氧化石墨烯复合浆料；

其中在上述步骤五中，取步骤四所得氧化石墨烯复合浆料，使用线棒涂布机手动涂布上述氧化石墨烯复合浆料，并在80℃的温度下干燥2h，制得两张350mm*250mm*20μm的氧化石墨烯薄膜；

其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的氧化石墨烯薄膜叠放在一起，放置在碳化炉加热到1000℃，然后放置在石墨化炉加热到2800℃得到350mm*250mm*40μm的石墨烯膜材。

实施例2：

一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料，配方包括：氧化石墨烯浆料和自组装助剂，氧化石墨烯浆料和自组装助剂的重量比为10-20∶1。

一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，一次配制；步骤二，配方选取；步骤三，二次配制；步骤四，三次配制；步骤五，涂布与堆叠；步骤六，热还原；

其中在上述步骤一中，取Hummer’s法制得且清洗后的氧化石墨烯反应物，且氧化石墨烯反应物的固含量为6%，粘度为600000cp，加入行星分散机搅拌4h，得到氧化石墨烯浆料；

其中在上述步骤二中，自组装助剂溶液的溶质为羟丙基甲基纤维素醚；自组装助剂溶液的溶剂为去离子水，自组装助剂的质量浓度为5-20%；

其中在上述步骤三中，取羟丙基甲基纤维素醚20g，溶解在180g的去离子水中，使用磁力搅拌机以600rpm搅拌2h，待溶质完全溶解在溶剂中后，使用高速分散机以2000rpm分散1h，随后将完全分散的粘结剂溶液置入消泡机消泡，消泡完成后得到质量浓度为10%的自组装助剂待用；

其中在上述步骤四中，将步骤三中所得200g的自组装助剂加入4000g的石墨烯浆料中，将加入了自组装助剂的氧化石墨烯浆料投入行星分散机中，搅拌4h，然后通过高速剪切分散机分散，且高速剪切分散机转速为8000rpm，最后通过消泡机消泡2h,得到氧化石墨烯复合浆料；

其中在上述步骤五中，取步骤四所得氧化石墨烯复合浆料，使用刮刀涂布机涂布上述氧化石墨烯复合浆料，并在80℃的温度下干燥2h，制得四张450mm*450mm*100μm的氧化石墨烯薄膜；

其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的氧化石墨烯薄膜叠放在一起，放置在碳化炉加热到1000℃，然后放置在石墨化炉加热到2800℃得到450mm*450mm*400μm的石墨烯膜材。

将上述实施例所得石墨烯膜材分别进行检测，所得数据如下表：

	实施例1	实施例2
			密度	2.1g/cm<sup>3</sup>	2.1g/cm<sup>3</sup>
导热系数	1500W/m·K	1500W/m·K

基于上述，本发明的优点在于，本发明通过采用堆叠的方式对石墨烯膜材进行生产，有利于生产所需厚度的石墨烯膜材，降低了涂布环节的生产难度与成本，同时在加入的自组装助剂，避免了涂布之后需要额外加入石墨烯薄膜贴合的工序，也无需其它特殊条件、环境如高温高压等，提升了生产效率，同时在生产过程中选用的粘结剂为常见工业原料，成本低，与氧化石墨烯的亲和性好，为大规模生产提供了便利。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料，配方包括：氧化石墨烯浆料和自组装助剂，其特征在于：氧化石墨烯浆料和自组装助剂的重量比为10-20∶1。

2.一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，一次配制；步骤二，配方选取；步骤三，二次配制；步骤四，三次配制；步骤五，涂布与堆叠；步骤六，热还原；其特征在于：

其中在上述步骤一中，取Hummer’s法制得且清洗后的氧化石墨烯反应物，且氧化石墨烯反应物的固含量为3%-10%，粘度为100000-1000000cp，加入行星分散机搅拌1-4h，得到氧化石墨烯浆料；

其中在上述步骤二中，自组装助剂溶液的溶质包括以下化合物中的一种或几种：环氧树脂、聚醚酰亚胺、羟丙基甲基纤维素醚和聚乙烯亚胺；视溶质与溶剂的不同组合；

其中在上述步骤三中，计算好浓度后，将适量步骤二中描述的自组装助剂溶液倒入烧杯内，再小心放入步骤二中描述的自组装助剂溶质粘结剂溶质，使用磁力搅拌机搅拌0.5-3h，待溶质完全溶解在溶剂中后，使用高速分散机搅拌0.5-1h，随后将完全分散的粘结剂溶液置入消泡机消泡1-2h，消泡完成后得到自组装助剂待用；

其中在上述步骤四中，将步骤三中所得自组装助剂加入步骤一中得到的石墨烯浆料中，根据自组装助剂的配方不同，氧化石墨烯浆料和自组装助剂的配比为在10-20∶1之间，将加入了自组装助剂的氧化石墨烯浆料投入行星分散机中，搅拌2-4h，然后通过高速剪切分散机分散，最后通过消泡机消泡1-2h,得到氧化石墨烯复合浆料；

其中在上述步骤五中，取步骤四所得氧化石墨烯复合浆料，采用手工涂布或涂布机涂布的方式，烘干后制得氧化石墨烯薄膜；

其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的氧化石墨烯膜材进行热处理，分阶段升温最终加热至2800℃，随后经过热处理后得到的石墨烯膜材。

3.根据权利要求2所述的一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，自组装助剂溶液的溶剂可选用以下的一种：去离子水、氨水、乙醇和DMF。

4.根据权利要求2所述的一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，自组装助剂的质量浓度为5-20%。

5.根据权利要求2所述的一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，高速剪切分散机转速为4000-8000rpm。

6.根据权利要求2所述的一种具有自组装属性的复合石墨烯浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，氧化石墨烯薄膜的厚度在10-100μm。

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