本發(fā)明涉及一種石墨烯金屬復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)背景
石墨烯是2004年通過一個簡單的方法從碎片石墨中分離得到的，它是一種具有單層碳原子組成特殊的新型碳族材料，發(fā)現(xiàn)者因此獲得了2010年度的諾貝爾物理學(xué)獎。隨著石墨烯被發(fā)現(xiàn)，單層原子不能組成獨(dú)立分子的結(jié)論被打破，科學(xué)界引起了軒然大波。隨著石墨烯被發(fā)現(xiàn)，并且被證實(shí)有很多獨(dú)特的性能，根據(jù)高的導(dǎo)電性、超高的強(qiáng)度、超高的散熱性能等，引起了各行業(yè)學(xué)者和專家們的關(guān)注。
在熱力學(xué)方面，石墨烯表現(xiàn)出了極其優(yōu)異的性能，其平均導(dǎo)熱率為6000W/(m·K)，遠(yuǎn)高于目前已知的所有導(dǎo)熱材料。石墨烯導(dǎo)熱性能雖然優(yōu)異，但在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的使用還存在著困難，因?yàn)閱渭兪┑臋C(jī)械強(qiáng)度差，需要基體材料支持，其中金屬基材是一種比較好的選擇，而目前石墨烯金屬復(fù)合材料的制備方法還不能滿足要求。一種制備方法是化學(xué)氣相沉積法，可在金屬表面沉積單層或者少層石墨烯，散熱性能優(yōu)異，但其制備費(fèi)用昂貴，制備工藝復(fù)雜，不可工業(yè)化規(guī)模性生產(chǎn)。另一種方法是將石墨烯與金屬粉做為散熱粉加入到散熱涂料中，也可提高散熱性能，但其散熱性能差，只適用于涂料行業(yè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種制備方法制備工藝簡單，制備成本低廉，可大規(guī)模生產(chǎn)，實(shí)用性較強(qiáng)的石墨烯金屬復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種石墨烯金屬復(fù)合材料的制備方法，步驟1：將粒徑為100-3000目的石墨烯粉加入溶劑，溶劑的量為石墨烯質(zhì)量的10-100倍,超聲分散制備石墨烯漿料；
步驟2：在干凈金屬材料表面輥涂一層膠粘劑，厚度為3-30μm；
步驟3：將步驟1中制備的石墨烯漿料輥涂到步驟2中金屬材料涂有膠粘劑的一面，將制備的該材料烘干，然后送入輥壓設(shè)備，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密，并增加石墨烯壓實(shí)密度，即得到石墨烯金屬復(fù)合材料。
步驟1所述石墨烯粉體為機(jī)械剝離石墨烯、還原氧化石墨烯、氧化石墨烯的其中一種，所用石墨烯的層數(shù)為5-100層。
步驟1中的溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二氧六環(huán)、水、乙醇、乙二醇、丁酮、甲苯中的任意一種。
步驟1中超聲功率為200-800W，超聲溫度為30-90℃，超聲時間為1-4h。
步驟2中金屬為銅、鋁、鐵或馬口鐵其中任意一種，所述金屬層的厚度為10-300μm。
步驟3中石墨烯層與膠粘劑壓合時壓力為200-500噸，線速度是2-15m/min。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
(1)利用本發(fā)明所述方法制備石墨烯漿料，在金屬表面設(shè)置膠粘劑后將漿料涂覆上去，烘干后壓合，制備出散熱性能優(yōu)異石墨烯金屬散熱材料。
(2)金屬表面的石墨烯厚度可通過石墨烯漿料的濃度和輥涂工藝條件來調(diào)節(jié)，從而制備出適應(yīng)不同用途的石墨烯金屬復(fù)合材料。
(3)該生產(chǎn)方法生產(chǎn)工藝簡單、可控性高、應(yīng)用性強(qiáng)、可工業(yè)化規(guī)模性生產(chǎn)。
本發(fā)明通過制備石墨烯漿通過膠粘劑將石墨烯與金屬復(fù)合，通過石墨烯漿料的濃度和輥涂工藝條件可調(diào)節(jié)石墨烯層厚度，同時該方法制備的石墨烯金屬復(fù)合材料的石墨烯層均勻平整，因而散熱也更加均勻。與其余制備方法相比制備工藝簡單，成本更低廉，可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，實(shí)用性強(qiáng)。
附圖說明
圖1為實(shí)施例1-8所得到石墨烯金屬復(fù)合材料的散熱率表
具體實(shí)施方式
一種石墨烯金屬復(fù)合材料的制備方法：
步驟1：將粒徑為100-3000目的石墨烯粉加入溶劑，溶劑的量為石墨烯質(zhì)量的10-100倍,超聲分散制備石墨烯漿料；
步驟2：在干凈金屬材料表面輥涂一層膠粘劑，厚度為3-30μm；
步驟3：將步驟1中制備的石墨烯漿料輥涂到步驟2中金屬材料涂有膠粘劑的一面，將制備的該材料烘干，然后送入輥壓設(shè)備，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密，并增加石墨烯壓實(shí)密度，即得到石墨烯金屬復(fù)合材料。
步驟1所述石墨烯粉體為機(jī)械剝離石墨烯、還原氧化石墨烯、氧化石墨烯的其中一種，所用石墨烯的層數(shù)為5-100層。
步驟1中的溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二氧六環(huán)、水、乙醇、乙二醇、丁酮、甲苯中的任意一種。
步驟1中超聲功率為200-800W，超聲溫度為30-90℃，超聲時間為1-4h。
步驟2中金屬為銅、鋁、鐵或馬口鐵其中任意一種，所述金屬層的厚度為10-300μm。
步驟3中石墨烯層與膠粘劑壓合時壓力為200-500噸，線速度是2-15m/min。
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。
實(shí)施例1
取粒徑為100目的機(jī)械剝離石墨烯10kg，石墨烯層數(shù)為5層，機(jī)械剝離石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮100kg。超聲分散，超聲功率為200W，溫度30℃，超聲時間4h。在干凈10μm銅箔表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為3μm。將石墨烯漿料輥涂到銅箔涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料后送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為200噸，線速度為2m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。
實(shí)施例2
取粒徑為150目的機(jī)械剝離石墨烯10kg，石墨烯層數(shù)10層,機(jī)械剝離石墨烯加入N,N-二甲基甲酰胺200kg。超聲分散，超聲功率為200W，溫度90℃，超聲時間4h。在干凈300μm銅箔表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為30μm。將石墨烯漿料輥涂到銅箔涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為250噸，線速度為4m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。
實(shí)施例3
取粒徑為400目的機(jī)械剝離石墨烯10kg，石墨烯層數(shù)100層,機(jī)械剝離石墨烯加入二氧六環(huán)200kg。超聲分散，超聲功率為400W，溫度50℃，超聲時間3h。在干凈150μm鋁箔表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為20μm。將石墨烯漿料輥涂到鋁箔涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為300噸，線速度為10m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。
實(shí)施例4
取粒徑為800目的還原氧化石墨烯10kg，石墨烯層數(shù)為50層,還原氧化石墨烯加入水400kg。超聲分散，超聲功率為600W，溫度30℃，超聲時間2h。在干凈200μm鐵箔表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為10μm。將石墨烯漿料輥涂到鐵箔涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為400噸，線速度為12m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。
實(shí)施例5
取粒徑為1000目的機(jī)械剝離石墨烯10kg，石墨烯層數(shù)40層,機(jī)械剝離石墨烯加入乙醇50kg。超聲分散，超聲功率為600W，溫度60℃，超聲時間1h。在干凈250μm馬口鐵表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為15μm。將石墨烯漿料輥涂到馬口鐵涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為500噸，線速度為15m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。
實(shí)施例6
取粒徑為1500氧化石墨烯10kg，石墨烯層數(shù)10層,氧化石墨烯加入乙二醇1000kg。超聲分散，超聲功率為600W，溫度30℃，超聲時間2h。在干凈80μm銀箔表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為25μm。將石墨烯漿料輥涂到銀箔涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為400噸，線速度為10m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。
實(shí)施例7
取粒徑為3000目的還原氧化石墨烯10kg，石墨烯層數(shù)30層，還原氧化石墨烯，加入丁酮800kg。超聲分散，超聲功率為500W，溫度30℃，超聲時間1h。在干凈50μm錫箔表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為25μm。將石墨烯漿料輥涂到錫箔涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為250噸，線速度為8m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。
實(shí)施例8
取粒徑為800目機(jī)械剝離石墨烯粉10kg，石墨烯層數(shù)為40層，機(jī)械剝離石墨烯粉加入甲苯500kg。超聲分散，超聲功率為500W，溫度30℃，超聲時間2h。在干凈40μm錫箔表面涂覆一層散熱膠作為膠粘劑層，涂覆厚度為20μm。將石墨烯漿料輥涂到錫箔涂有膠粘劑的一面。然后將其烘干，再將烘干后材料送入輥壓設(shè)備，壓合時壓力為350噸，線速度為9m/min，使石墨烯層與膠粘劑結(jié)合的更緊密。