CN116377714A - 复合石墨烯无纺布、其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合石墨烯无纺布、其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：S1、将氧化石墨烯纤维均匀分散在水性溶剂中，然后经过滤网过滤沉积，在过滤网上得到氧化石墨烯纤维无纺布；S2、将步骤S1得到的氧化石墨烯纤维无纺布进行热退火，得到石墨烯纤维无纺布；S3、将步骤S2中得到的石墨烯纤维无纺布浸于电镀铜溶液中进行化学镀铜，然后清洗、干燥即得。采用本发明的上述方案，获得由纤维上的Cu包层组成的高导电性无纺布，具有低密度，优良的导热性、导电性和电磁屏蔽性能，同时还具有优异的机械强度和柔韧性，在制备雷击保护、电子设备中的散热器或其他结构传热导电元件方面显示出巨大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料，具体地，涉及一种复合石墨烯无纺布、其制备方法和应用。
背景技术
石墨烯是仅有单原子层厚度的碳的同素异形体，具有已知材料中最高的强度、高的热导率和载流子迁移率，因此引起了极大的关注。石墨烯纤维是二维的石墨烯片层在一维宏观尺度下的组装结构，表现出较高的强度和极高的导电、导热等性能。这种宏观材料得益于石墨烯自身的优异性能，因此具有极大的潜力和价值。
推动石墨烯纤维进一步走向实际应用的策略之一是将其编织以得到具有一定柔性的、高导电、高导热的功能性织物。碳基织物因其在结合导电性和导热性、阻燃性和耐化学性、渗透性和轻质性方面的优势，在能源、汽车、航空航天等许多领域都很受欢迎。然而，碳基织物存在一个普遍的问题，即由于碳材料的耐火性和不溶性，实现强烈的纤维间相互作用仍然具有挑战性，因此，与单根纤维相比，织物的性能会显著下降，特别是对于对界面电阻敏感的导电性和导热性，导致织物的使用范围受限。
发明内容
针对上述石墨烯纤维织物导电性和导热性相较单根纤维下降问题，本发明提供了一种复合石墨烯无纺布、其制备方法和应用，该方法制得的复合石墨烯无纺布具有低密度，优良的导热性、导电性和电磁屏蔽性能，同时还具有优异的机械强度和柔韧性，在制备雷击保护、电子设备中的散热器或其他结构传热导电元件方面显示出巨大的应用前景。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种复合石墨烯无纺布的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1、将氧化石墨烯纤维均匀分散在水性溶剂中，然后经过滤网过滤沉积，在过滤网上得到氧化石墨烯纤维无纺布；
S2、将步骤S1得到的氧化石墨烯纤维无纺布进行热退火，得到石墨烯纤维无纺布；
S3、将步骤S2中得到的石墨烯纤维无纺布浸于电镀铜溶液中进行化学镀铜，然后清洗、干燥即得。
步骤S2制备的石墨烯无纺布使用一种可扩展的策略来生产由石墨烯短纤维构建的随机铺设的无纺布GFF。通过在水性溶剂中湿熔组装氧化石墨烯（GO）纤维，将独立纤维整合到具有牢固纤维间粘合的整个织物中。在退火后，发现熔融GFFs坚韧、柔韧、轻巧且导电性高。它们的比导电性和导热性比以前的碳基纸/织物，甚至是单个石墨烯纤维高几倍。
采用本发明的上述方案，获得由纤维上的Cu包层组成的高导电性无纺布，其密度低（可达0.42 g cm-3），面内导电系数达到1.78× 106S m-1，导热系数达到1.65×103W m-1K-1，具有高导热性，出色的导电性，同时还具有优异的机械强度和柔韧性，在制备雷击保护、电子设备中的散热器或其他结构传热导电元件方面显示出巨大的应用前景。
GFF镀铜后，在电磁屏蔽过程中发挥了突出的作用。这种具有合适厚度的高导电多孔纤维网络架构，作为降低屏蔽材料密度和增加多重内反射的一种方式，是高EMI屏蔽的开始。通常，总EMI屏蔽效果（SET）是所有衰减函数的总和，包括反射（SER）、吸收（标准误差）一个）和多个内部反射（SEM).EMI由材料内部的散射效应和界面或缺陷引起。推测了进一步了解Cu@GFF中EMI屏蔽机制的拟议功能。当入射电磁波（EMW）撞击Cu@GFF表面时，表面反射最小，大多数波通过充足的空隙进入织物内部。金属材料是高性能EMI候选者，因为高导电表面会产生导电损耗和多个电荷载流子。在此过程中，入射波在任意堆叠纤维势垒的有限三维空间内立即连续地重新反射或部分吸收或消散。此外，到达许多单根纤维的反射波也可以通过微观尺度上的多个内部反射进一步衰减，这主要是由于纤维表面包层的多界面几何结构（微观聚结诱导的反射层和一些空隙）。最后，微观和宏观层面的多重内反射效应衰减了剩余的电磁波，留下的EMW可以忽略不计。
具体地，步骤S1中，氧化石墨烯纤维的制备方法包括：
S1.1、将氧化石墨烯分散在N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中制成纺丝液，氧化石墨烯与N，N-二甲基甲酰胺是质量体积比为1：（3~5）；
S1.2、调整注射与旋转速度比1：（140~420），使纺丝液进入乙酸乙酯凝固液中凝固成丝，得到所述氧化石墨烯纤维。
具体地，步骤S1中，所述水性溶剂包括体积比为（1~3）：1的水和乙醇。
具体地，步骤S2中，所述热退火的温度为1000~3500℃，时间为2h。步骤S1产生的间融GO纤维织物（GOFF），可通过在1000~3500℃的热退火进一步转化为GFF。
具体地，步骤S3中，所述铜溶液中包括质量比为（23~25）：4：（90~93）的五水硫酸铜、甲醛溶液和乙二胺四乙酸二钠盐二水合物，pH为12.0~12.5。
具体地，步骤S3中，镀铜处理在40~50℃条件下进行1~10分钟。
本发明基于化学镀铜的方法，通过化学镀沉积了均匀覆盖在纤维表面的薄铜层，作为高导电，导热的功能部件性能得到很大的提升。
优选地，在将步骤S2中得到的石墨烯纤维无纺布进行镀铜前还进行以下预处理：将无纺布浸于摩尔浓度比为1：1的氯化锡和盐酸的混合溶液中0.5~1h，清洗干燥后，再浸于摩尔浓度比为7：1250的氯化锡和盐酸的混合溶液中0.5~1h，然后清洗干燥。
本发明第二方面提供一种上述的制备方法制得的复合石墨烯无纺布。
本发明第三方面提供一种上述的复合石墨烯无纺布在制备雷击保护、电子设备中的散热器或传热导电元件中的应用。
通过上述技术方案，本发明实现了以下有益效果：
1、本发明通过化学镀铜的方法，在石墨烯无纺布上沉积了均匀覆盖在纤维表面的薄铜层，作为高导电功能部件。镀铜石墨烯复合无纺布的导热性与导电性能分别在1.65×103Wm-1K-1和1.78×106S m-1。相比与未镀铜的石墨烯无纺布，镀铜过后其导热性与导电性都有了明显提升，本发明制备的复合石墨烯无纺布在轻质性、电导率及热导率提升率上都具有明显的优势。
附图说明
图1是本发明实施例1中制备的GFF无纺布的宏观图；
图2是本发明实施例1中制备的复合石墨烯无纺布的宏观图；
图3是本发明实施例1中制备的复合石墨烯无纺布的微观结构图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
（1）将氧化石墨烯分散在DMF（二者质量体积比为1:5）中制成纺丝液，注射GO/DMF纺丝原液进入旋转速度为40r.p.m的乙酸乙酯凝固浴中，调整注射与旋转的速度比为1：140，旋转凝固槽通过摩擦力对挤出纤维施加过度拉伸，并产生特定长度的GO短纤维；
（2）通过过滤收集纺出的GO纤维并在60℃干燥。将干燥的纤维重新分散在H2O和乙醇（体积比为3：1），然后经过滤网过滤沉积，随后干燥，产生了间融GO纤维无纺布（GOFF）；
（3）在1000℃的热退火进一步将GOFF转化为GFF无纺布，如图1所示；
（4）将GFF浸泡在去离子水中12h，然后洗涤以消除纤维表面上的杂质；使用100mL0.1M氯化锡和0.1M盐酸的混合溶液对GFF进行敏化处理0.5h；随后，用蒸馏水擦洗GFF并再次干燥后，将织物浸入100mL 0.0014M氯化钯和0.25M盐酸的混合物中0.5小时以进行活化反应，在最终镀覆之前还进行洗涤和干燥过程；
（5）制备用于电镀的Cu溶液：将5g五水硫酸铜、0.8g甲醛溶液和18.6g乙二胺四乙酸二钠盐二水合物溶解于98 mL去离子水中，然后，通过加入适量的NaOH溶液将Cu溶液的pH控制在12.2~12.5；
（6）在40℃的温度下，将经步骤（4）处理的GFF无纺布浸入铜溶液浴中1min，再洗涤和干燥后收集化学镀铜GFF产物，即复合石墨烯无纺布，如图2-图3所示，由于石墨烯无纺布具有高的表面积而表现出相对光滑的表面，杂质少，并且具有多孔结构，多孔表面有利于纤维上的催化位点，并进一步加速了Cu在纤维表面上的沉积。在电镀开始时，纤维表面掺入Cu纳米颗粒或纳米簇，并且整个纤维被部分包裹。Cu的致密包层具有延长的化学镀时间的作用，并且观察到完全覆盖的金属层。由于许多金属颗粒通过孔隙的锚定或堆积嵌入表面，Cu涂层牢固地包裹了纤维表面，这意味着所制备的Cu涂层石墨烯纤维无纺布复合材料具有建筑稳定性，实用性和耐久性。
实施例2
（1）将氧化石墨烯分散在DMF（二者质量体积比为1:3）中制成纺丝液，注射GO/DMF纺丝原液进入旋转速度为40r.p.m的乙酸乙酯凝固浴中，调整注射与旋转的速度比为1：420，旋转凝固槽通过摩擦力对挤出纤维施加过度拉伸，并产生特定长度的GO短纤维；
（2）通过过滤收集纺出的GO纤维并在60℃干燥。将干燥的纤维重新分散在H2O和乙醇（体积比为1：1），然后经过滤网过滤沉积，随后干燥，产生了间融GO纤维无纺布（GOFF）；
（3）在3500℃的热退火进一步将GOFF转化为GFF无纺布；
（4）将GFF浸泡在去离子水中12h，然后洗涤以消除纤维表面上的杂质；使用100mL0.1M氯化锡和0.1M盐酸的混合溶液对GFF进行敏化处理1h；随后，用蒸馏水擦洗GFF并再次干燥后，将织物浸入100mL 0.0014M氯化钯和0.25M盐酸的混合物中1小时以进行活化反应，在最终镀覆之前还进行洗涤和干燥过程；
（5）制备用于电镀的Cu溶液：将5g五水硫酸铜、0.8g甲醛溶液和18.6g乙二胺四乙酸二钠盐二水合物溶解于98 mL去离子水中，然后，通过加入适量的NaOH溶液将Cu溶液的pH控制在12.2~12.5；
（6）在50℃的温度下，将经步骤（4）处理的GFF无纺布浸入铜溶液浴中10min，再洗涤和干燥后收集化学镀铜GFF产物，即复合石墨烯无纺布。
实施例3
其他条件同实施例1，区别在于，省略步骤（4）。
实施例4-6
其他条件同实施例1，区别在于，电镀时间分别修改为3min、5min、10min。
实施例7
其他条件同实施例2，区别在于，省略步骤（4）。
对比例1
其他条件同实施例1，区别在于省略步骤（4）-（6）。
对比例2
其他条件同实施例1，区别在于，将步骤（1）-（3）替换为采用下述方法制备的薄膜：在烧杯中加入25 mL的DMF（N,N- 二甲基甲酰胺）和3.5 g的PVDF （聚偏二氟乙烯）粉末并加入磁子，在加热磁力搅拌器上以50 ℃的温度进行充分搅拌4 h，再加入1 g PVP（聚乙烯吡咯烷酮）继续充分搅拌8 h，搅拌结束后得到均匀的浇注液，将浇注液通过真空预处理消除浇注液中气泡并将浇注液浇注在玻璃基板上用刮膜刀将其刮制成250μm厚度，然后将玻璃板浸入去离子水中形成薄膜。
性能测试
对实施例1-实施例7和对比例1-对比例2制得的样品进行导电、导热和电磁屏蔽测试，测试方法如下：
导电系数：电导率根据ASTM D257进行测量。因此，使用吉时利6517A 测量电阻率高于100 MΩ 的电阻率，对于较低值，使用吉时利2100（美国俄亥俄州克利夫兰市吉时利）。
导热系数：热导率通过激光闪光法（LFA）和LFA447（Netzsch GmbH，德国塞尔布）测量。使用五次射击，每次持续时间为30毫秒，信号通过Cape-Lehman算法与Proteus分析软件（Netzsch GmbH，Selb，德国）安装。
电磁屏蔽：EMI屏蔽测试根据ASTM D4935-99使用ENA系列网络分析仪E5061B（100kHz–3 GHz），日本安捷伦科技公司，并使用美国HP 8720C网络分析仪（50 MHz–20 GHz）进行高频EMI屏蔽测量。
测试结果如下：
从表中可以看出，未镀铜的石墨烯无纺布（对比例1）的导电系数为2.7×104S m-1，导热系数为3×102W m-1K-1，电磁干扰屏蔽效能为26dB；在不导电不导热的薄膜上镀铜（对比例2）形成材料的导电系数为1.2×105S m-1，导热系数为1.7×102W m-1K-1，电磁干扰屏蔽效能为18dB；而在石墨烯无纺布上镀铜得到的复合石墨烯无纺布（实施例1-实施例7）的导电系数在7.4×105S m-1以上，导热系数在5.9×102W m-1K-1，电磁干扰屏蔽效能在36dB以上，可见本发明制备的复合石墨烯无纺布性能得到了大大提升。
以上结合实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种复合石墨烯无纺布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将氧化石墨烯纤维均匀分散在水性溶剂中，然后经过滤网过滤沉积，在过滤网上得到氧化石墨烯纤维无纺布；
S2、将步骤S1得到的氧化石墨烯纤维无纺布进行热退火，得到石墨烯纤维无纺布；
S3、将步骤S2中得到的石墨烯纤维无纺布浸于电镀铜溶液中进行化学镀铜，然后清洗、干燥即得。
2.根据权利要求1所述的复合石墨烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤S1中，氧化石墨烯纤维的制备方法包括：
S1.1、将氧化石墨烯分散在N，N-二甲基甲酰胺中制成纺丝液，氧化石墨烯与N，N-二甲基甲酰胺是质量体积比为1：（3~5）；
S1.2、调整注射与旋转速度比1：（140~420），使纺丝液进入乙酸乙酯凝固液中凝固成丝，得到所述氧化石墨烯纤维。
3.根据权利要求1所述的复合石墨烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述水性溶剂包括体积比为（1~3）：1的水和乙醇。
4.根据权利要求1所述的复合石墨烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热退火的温度为1000~3500℃，时间2h。
5.根据权利要求1所述的复合石墨烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述铜溶液中包括质量比为（23~25）：4：（90~93）的五水硫酸铜、甲醛溶液和乙二胺四乙酸二钠盐二水合物，pH为12.0~12.5。
6.根据权利要求5所述的复合石墨烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤S3中，镀铜处理在40~50℃条件下进行1~10分钟。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合石墨烯无纺布的制备方法，其特征在于，在将步骤S2中得到的石墨烯纤维无纺布进行镀铜前还进行以下预处理：将无纺布浸于摩尔浓度比为1：1的氯化锡和盐酸的混合溶液中0.5~1h，清洗干燥后，再浸于摩尔浓度比为7：1250的氯化锡和盐酸的混合溶液中0.5~1h，然后清洗干燥。
8.权利要求1至7中任一项所述的制备方法制得的复合石墨烯无纺布。
9.权利要求8所述的复合石墨烯无纺布在制备雷击保护、电子设备中的散热器或传热导电元件中的应用。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106192201A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-07 | 浙江大学 | 一种石墨烯纤维无纺布及其制备方法 |
| CN106702732A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-24 | 浙江大学 | 一种石墨烯‑铜复合纤维及其制备方法 |
| CN108707998A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-10-26 | 杭州牛墨科技有限公司 | 一种褶皱的石墨烯纤维和石墨烯纤维无纺布及其制备方法 |
| KR20190110724A (ko) * | 2018-03-21 | 2019-10-01 | 재단법인차세대융합기술연구원 | 그래핀산화물 또는 그래핀산화물 복합소재의 표면에 금속을 패터닝하는 방법 |
-
2023
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106192201A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-07 | 浙江大学 | 一种石墨烯纤维无纺布及其制备方法 |
| CN106702732A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-24 | 浙江大学 | 一种石墨烯‑铜复合纤维及其制备方法 |
| KR20190110724A (ko) * | 2018-03-21 | 2019-10-01 | 재단법인차세대융합기술연구원 | 그래핀산화물 또는 그래핀산화물 복합소재의 표면에 금속을 패터닝하는 방법 |
| CN108707998A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-10-26 | 杭州牛墨科技有限公司 | 一种褶皱的石墨烯纤维和石墨烯纤维无纺布及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ZHENG LI 等: ""Multifunctional non-woven fabrics of interfused graphene fibres"", 《NATURE COMMUNICATIONS》, vol. 7, 30 November 2016 (2016-11-30), pages 1 - 11, XP055565202, DOI: 10.1038/ncomms13684 * |
| 方波: ""石墨烯纤维的性能提升及能量转换应用研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 4, 15 April 2023 (2023-04-15), pages 016 - 22 * |
| 王振廷 等: "《材料表面工程技术》", vol. 1, 30 September 2011, 哈尔滨工业大学出版社, pages: 74 * |
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