本發(fā)明屬于精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氫氧化鎂-石墨烯(還原氧化石墨烯)復(fù)合導(dǎo)熱絕緣填料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著微電子工業(yè)的高速發(fā)展，集成電路日趨高速化、高密度化，因此要求微電子材料具有良好的導(dǎo)熱性能。對(duì)于某些領(lǐng)域（如LED領(lǐng)域），還需要材料具有很好的電絕緣性能來防止電短路等。因此制備具有良好導(dǎo)熱率且絕緣的材料得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。聚合物材料由于質(zhì)輕、絕緣、成型工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為目前使用最廣的電子支撐或封裝材料。然而對(duì)于常用的電子材料來說，由于本身較低的導(dǎo)熱率(TC<0.3 W/m·K)，滿足不了電子材料對(duì)散熱的需要，因此需要對(duì)其進(jìn)行改性提高導(dǎo)熱率。添加具有高導(dǎo)熱率的絕緣填料是提高聚合物導(dǎo)熱率的一種有效手段。一些常見的陶瓷材料如氮化硼、氮化鋁、碳化硅等有很高的導(dǎo)熱率(TC>100 W/m·K)，將它們加入到聚合物中能夠顯著提高材料的導(dǎo)熱率，然而由于價(jià)格昂貴，限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。另外一些價(jià)格低廉的金屬氧化物如氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅等也有較高的導(dǎo)熱率(TC=10-100 W/m·K)，將它們加入到聚合物中也能一定程度上提高材料的導(dǎo)熱率，但是如果要想獲得很高的導(dǎo)熱率就需要加入大量的填料(>50 vol %)，這勢(shì)必會(huì)損失材料的其它性能，如加工性能、力學(xué)性能等。

石墨烯是一種新型的二維碳材料，有極高的導(dǎo)熱率(TC=5300 W/m·K)，將其加入到聚合物中能很顯著地提高材料的導(dǎo)熱率。傅強(qiáng)等人將含量為5%的石墨烯加入到聚丙烯(PP)中發(fā)現(xiàn)材料的導(dǎo)熱率達(dá)到0.4 W/m K，是純PP的兩倍(Colloid. Polym. Sci.2015, 293, 1495)。然而石墨烯同時(shí)也有很高的電導(dǎo)率(EC~6000 S/cm)，因此石墨烯的加入會(huì)大大降低聚合物的絕緣性能。有報(bào)道表明材料的導(dǎo)熱閾值要高于導(dǎo)電閾值，也就是說當(dāng)加入石墨烯的量能夠大幅度提高材料的導(dǎo)熱率時(shí)，材料已經(jīng)導(dǎo)電，這將不利于石墨烯在微電子材料的應(yīng)用(Chem. Mater. 2015, 27, 2100)。因此為了最大限度的發(fā)揮石墨烯良好的熱導(dǎo)率同時(shí)保證材料的絕緣性能，將絕緣的無機(jī)填料包裹在石墨烯表面來阻止石墨烯導(dǎo)電通路的形成能夠?qū)崿F(xiàn)材料導(dǎo)熱不導(dǎo)電的目的Jeong等人利用溶膠凝膠法將氧化鋁包裹到石墨烯表面制備了氧化鋁-石墨烯的復(fù)合填料，將其加入到聚合物中，發(fā)現(xiàn)材料的導(dǎo)熱率有所提高，同時(shí)材料保持絕緣(Mater. Chem. Phys. 2015, 153, 291)。但是，目前制備絕緣填料-石墨烯復(fù)合填料的方法常常需要使用有機(jī)溶劑，不利于環(huán)境保護(hù)，并且制備過程比較復(fù)雜。因此設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單、方便、環(huán)保的方法制備絕緣填料-石墨烯復(fù)合填料對(duì)擴(kuò)大石墨烯在微電子行業(yè)的應(yīng)用有著重要的意義。

本發(fā)明提出一種氫氧化鎂-石墨烯(還原氧化石墨烯)復(fù)合導(dǎo)熱絕緣填料的制備方法。其主要過程包括，首先在氧化石墨烯水溶液中加入鎂鹽，通過調(diào)節(jié)PH值，使在氧化石墨烯上原位沉積氫氧化鎂；將上述得到的氫氧化鎂-氧化石墨烯雜化材料在惰性氣氛下于200-300 ℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，使氧化石墨烯在一定程度上發(fā)生熱還原，即得到氫氧化鎂-石墨烯(還原氧化石墨烯)復(fù)合填料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種簡(jiǎn)單、方便、環(huán)保的制備氫氧化鎂-石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱絕緣填料的方法。

本發(fā)明提出的制備氫氧化鎂-石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱絕緣填料的方法，具體步驟為：

以氧化石墨烯水溶液為原料，加入鎂鹽水溶液，通過調(diào)節(jié)pH值，在氧化石墨烯上原位沉積反應(yīng)得到的氫氧化鎂；其中，氧化石墨烯與鎂鹽的質(zhì)量比例為1:0.1-1:100，優(yōu)選1:1-1:50；

將上述過程所得的氫氧化鎂-氧化石墨烯雜化材料放在惰性氣氛中于150-300℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，使氧化石墨烯在一定程度上發(fā)生熱還原，即得到氫氧化鎂-石墨烯(還原氧化石墨烯)復(fù)合填料。

其中，氫氧化鎂是一種重要的無機(jī)阻燃材料，能夠在300℃下穩(wěn)定存在；氧化石墨烯在150-300℃下這個(gè)溫度范圍內(nèi)可以發(fā)生一定程度的熱還原，生成石墨烯(還原氧化石墨烯)。將該復(fù)合填料加入到電絕緣聚合物中能夠提高聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱率，同時(shí)保持電絕緣性，同時(shí)在一定程度上提高復(fù)合材料的阻燃性能。

本發(fā)明中，所述的氧化石墨烯水溶液為分散在水中的氧化石墨烯懸浮液。氧化石墨烯懸浮液的濃度為0.01-10mg/mL，優(yōu)選濃度為1-10mg/mL。

本發(fā)明中，所述的鎂鹽可以是氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂等水溶性鹽類物質(zhì)。鎂鹽水溶液的濃度為0.01-10mg/mL，優(yōu)選濃度為1-10mg/mL。

本發(fā)明中，所述的調(diào)節(jié)PH值的物質(zhì)，主要是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水等水溶性堿性物質(zhì)。pH值為8以上，優(yōu)選pH值為8-10。

本發(fā)明中，所述的熱處理溫度是氫氧化鎂穩(wěn)定存在同時(shí)使氧化石墨烯發(fā)生一定程度熱還原形成石墨烯的溫度，通常要在150-300℃之間。

本發(fā)明中，所述的惰性氣氛可以是氮?dú)?、氬氣、二氧化碳等非氧化性氣氛?/p>

本發(fā)明中，所述的熱處理時(shí)間，通常在0.5-10 小時(shí)。

本發(fā)明中，所述的聚合物為電絕緣的聚合物，可以是熱塑性聚合物和熱固性聚合物。

本發(fā)明中所述的氫氧化鎂-石墨烯(還原氧化石墨烯)復(fù)合填料，在加入聚合物基體制備復(fù)合材料時(shí)，添加量一般為復(fù)合材料總量的10-70%(質(zhì)量含量)。

該制備方法簡(jiǎn)單方便環(huán)保，適合大規(guī)模使用。制備的氫氧化鎂-石墨烯復(fù)合填料加入到電絕緣的聚合物中能夠在保持絕緣性的前提下提高材料的導(dǎo)熱率和阻燃性，在微電子材料領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

具體以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說明。

實(shí)施例1

配制1 mg/mL的氧化石墨烯水溶液5000 mL，加入0.75 mol/L的氯化鎂和1.5 mol/L的氫氧化鈉水溶液各1000 ml，攪拌2 h，之后過濾烘干粉碎，在250℃氬氣氣氛下燒制2 h，得到氫氧化鎂-石墨烯(還原氧化石墨烯)復(fù)合填料。掃描電鏡分析表明氫氧化鎂均勻包裹在石墨烯上。

將其加入聚丙烯(PP，揚(yáng)子石化，牌號(hào)F401)基體中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)合填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，所得的復(fù)合材料保持絕緣性，導(dǎo)熱率為0.38W/m·K，是純PP(0.21 W/m·K)的1.8倍，氧指數(shù)(OI)為28.0(純PP為18.5)。

實(shí)施例2

其他同實(shí)施例1，其中用硝酸鎂代替氯化鎂。所得的復(fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.41W/m·K，氧指數(shù)為27.0。

實(shí)施例3

其他同實(shí)施例1，其中用硫酸鎂代替氯化鎂。所得的復(fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.4 W/m·K，氧指數(shù)為26.5。

實(shí)施例4

其他同實(shí)施例1，其中用氫氧化鉀代替氫氧化鈉。所得的復(fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.42 W/m·K，氧指數(shù)為27.0。

實(shí)施例5

其他同實(shí)施例1，其中用氨水代替氫氧化鈉。所得的復(fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.40 W/m·K，氧指數(shù)為27.0。

實(shí)施例6

其他同實(shí)施例1，其中用氮?dú)獯鏆鍤狻Ｋ玫膹?fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.41 W/m·K，氧指數(shù)為27.0。

實(shí)施例7

其他同實(shí)施例1，其中用環(huán)氧樹脂(藍(lán)星無錫石化，牌號(hào)E51)代替聚丙烯。所得的復(fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.38W/m·K，氧指數(shù)為27.5。

實(shí)施例8

其他同實(shí)施例1，其中用300℃代替250 ℃。所得的復(fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.41 W/m·K，氧指數(shù)為27.0。

實(shí)施例9

其他同實(shí)施例1，其中用硝酸鎂代替氯化鎂，氫氧化鉀代替氫氧化鈉，二氧化碳代替氬氣。所得的復(fù)合材料保持絕緣性，其導(dǎo)熱率為0.42 W/m·K，氧指數(shù)為27.0。