CN113321207A - 一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，属于石墨烯材料技术领域，可解决现有制备高导热石墨烯膜的条件复杂的问题，采用如下步骤：第一步，采用搅拌的方式，将氧化石墨烯分散至单层氧化石墨烯；第二步，向单层氧化石墨烯中加入金属盐作为催化剂，通过涂布工艺，制成薄膜；第三步，将第二步得到的薄膜置于石墨化炉内，加热，得到高导热系数的石墨烯膜。本发明通过微量金属催化剂低温诱导石墨化，在低于传统石墨化温度2800℃的条件下，达到较高的导热系数。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法。
背景技术
石墨烯是由单层碳原子通过sp2杂化紧密堆积形成的二维蜂窝状晶体结构，具有极高的导热率，优异的电学性能和力学性能，被视为非常理想的新型导热材料之一，石墨烯的制备方法可以归纳为机械剥离法、气相沉积法以及石墨氧化还原法三大类。氧化还原法由于工艺简单可靠，被认为是一种非常有效的合成石墨烯的方法。采用改进的Hummers法将天然石墨氧化并经过超声剥离能够得到分散均匀的氧化石墨烯胶状悬浮液，通过对石墨烯胶状悬浮液施加定向作用力可以得到高取向度的氧化石墨烯薄膜，还可以通过溶液铸造在局域复杂结构的器件表面涂覆高定向的氧化石墨烯薄膜，通过热处理除去氧化石墨烯上的含氧官能团，就可以得到高导热的石墨烯薄膜。
宏观组装氧化石墨烯或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨烯膜的导电性和热导性，可以广泛应用于智能手机、智能随时硬件、平板电脑、笔记本电脑等高散热需求随身电子设备中去。
石墨化处理可修复石墨烯材料的缺陷，使之导电导热性能得到大幅度提升，然而，石墨化处理的要求苛刻，往往需要2500℃以上的高温处理。
申请号2017109534972，一种催化石墨化的方法以及一种超柔性高导热石墨烯膜的制备方法，公开了一种催化石墨化的方法以及利用该方法制备高导热石墨烯膜，该制备方法不仅需要催化剂，还需要还原剂，还需要保持压力20-60MPa，保温3h以上，制备条件复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用金属催化制备高导热石墨烯膜的方法，在低于传统石墨化温度2800℃，达到较高的导热系数。
本发明采用如下技术方案：
一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，包括如下步骤：
第一步，采用搅拌的方式，将氧化石墨烯分散至单层氧化石墨烯；
第二步，向单层氧化石墨烯中加入金属盐作为催化剂，通过涂布工艺，制成薄膜；
第三步，将第二步得到的薄膜置于石墨化炉内，加热，得到高导热系数的石墨烯膜。
进一步地，第一步中所述搅拌速度为1000-10000转/min，搅拌时间为1h-10h。
进一步地，第二步中所述金属盐包括乙酸铁、乙酸钴和氯化铁中的任意一种，加入量为单层氧化石墨烯质量的0.1%-1%。
进一步地，第二步中所述薄膜的厚度为20-200微米。
进一步地，第三步中所述加热温度为1500-2500℃，加热时间为30min-100min。
本发明的有益效果如下：
本发明通过微量金属催化剂低温诱导石墨化，在低于传统石墨化温度2800℃的条件下，达到较高的导热系数。
具体实施方式
实施例1
一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，包括如下步骤：
第一步，采用搅拌的方式，将氧化石墨烯分散至单层氧化石墨烯，搅拌速度为1000转/min；
第二步，向单层氧化石墨烯中加入金属盐作为催化剂，通过涂布工艺，制成薄膜，所述金属盐为乙酸铁，加入量为单层氧化石墨烯质量的0.1%，薄膜厚度为30微米；
第三步，将第二步得到的薄膜置于石墨化炉内，加热，得到高导热系数的石墨烯膜，加热温度为1500℃，加热时间为30min。
通过本发明制备得到的石墨烯膜的导热系数为1360（W/(m·K)。
实施例2
一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，包括如下步骤：
第一步，采用搅拌的方式，将氧化石墨烯分散至单层氧化石墨烯，搅拌速度为3000转/min；
第二步，向单层氧化石墨烯中加入金属盐作为催化剂，通过涂布工艺，制成薄膜，所述金属盐为乙酸铁，加入量为单层氧化石墨烯质量的0.1%，薄膜厚度为150微米；
第三步，将第二步得到的薄膜置于石墨化炉内，加热，得到高导热系数的石墨烯膜，加热温度为2000℃，加热时间为60min。
通过本发明制备得到的石墨烯膜的导热系数为1450（W/(m·K)。
实施例3
一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，包括如下步骤：
第一步，采用搅拌的方式，将氧化石墨烯分散至单层氧化石墨烯，搅拌速度为10000转/min；
第二步，向单层氧化石墨烯中加入金属盐作为催化剂，通过涂布工艺，制成薄膜，所述金属盐为乙酸镍，加入量为单层氧化石墨烯质量的10%，薄膜厚度为200微米；
第三步，将第二步得到的薄膜置于石墨化炉内，加热，得到高导热系数的石墨烯膜，加热温度为2500℃，加热时间为100min。
通过本发明制备得到的石墨烯膜的导热系数为1935（W/(m·K)。
Claims (5)
1.一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，采用搅拌的方式，将氧化石墨烯分散至单层氧化石墨烯；
第二步，向单层氧化石墨烯中加入金属盐作为催化剂，通过涂布工艺，制成薄膜；
第三步，将第二步得到的薄膜置于石墨化炉内，加热，得到高导热系数的石墨烯膜。
2.根据权利要求1所述的一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，其特征在于：第一步中所述搅拌速度为1000-10000转/min，搅拌时间为1h-10h。
3.根据权利要求1所述的一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，其特征在于：第二步中所述金属盐包括乙酸铁、乙酸钴和氯化铁中的任意一种，加入量为单层氧化石墨烯质量的0.1%-1%。
4.根据权利要求1所述的一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，其特征在于：第二步中所述薄膜的厚度为20-200微米。
5.根据权利要求1所述的一种金属催化剂制备高导热石墨烯膜的方法，其特征在于：第三步中所述加热温度为1500-2500℃，加热时间为30min-100min。
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