一種基于氧化石墨烯制備高定向熱解石墨的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及到高定向熱解石墨材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種基于氧化石 墨稀制備高定向熱解石墨的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高定向熱解石墨(HOPG)是一種新型高純度炭材料，具有非常光滑的表面，和優(yōu)良 的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，是現(xiàn)代科技發(fā)展中不可缺少的一種材料。其廣泛應(yīng)用于包括X射線單色 器、中子濾波器和單色器、石墨基本性能研究、大尺寸石墨層間化合物、高導(dǎo)熱應(yīng)用等領(lǐng)域 中。
[0003] 1963年英國首先用壓力熱處理工藝制取了H0PG，1964年開始美國聯(lián)合碳化物公司 擴(kuò)大此工藝制取H0PG，然而由于其制備工藝較為苛刻造成材料十分昂貴，限制了HOPG的應(yīng) 用的發(fā)展。為了擴(kuò)大HOPG的應(yīng)用范圍，研究人員進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，1992年，日本學(xué)者 M. Murakami首先嘗試了用疊層熱處理的方法來制取高導(dǎo)熱石墨塊，為HOPG的研究打開了一 個(gè)全新的方向。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，HOPG主要采用聚酰亞胺(PI)、聚噁二唑(POD)、聚苯撐亞乙烯基(PPV) 等具有高定向度的有機(jī)高分子膜，通過在惰性氣氛下加壓炭化、并經(jīng)2800~3200°C石墨化 處理制得。專利號(hào)93106637.9公開了中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所利用利用PI薄膜層 疊、熱壓工藝研制出熱導(dǎo)率大于600W/(m · K)的高導(dǎo)熱石墨塊體材料的方法。李海英等人發(fā) 布的《聚酰亞胺薄膜制備高定向石墨材料的研究》，采用雙向拉伸的聚酰亞胺薄膜，經(jīng)層疊、 壓力下炭化、石墨化后制得導(dǎo)熱率接近l〇〇〇W/(m · K)的高定向石墨塊體材料。日本科學(xué)家 M. Murakami采用高度取向的聚酰亞胺薄膜為原料，經(jīng)過裁切、層疊、壓制、炭化、石墨化制得 了熱導(dǎo)率高達(dá)1800W/(m · K)的塊狀高定向石墨材料。利用具有高定向度的有機(jī)高分子膜， 通過在惰性氣氛下加壓炭化、石墨化處理雖然可以得到具有非常光滑的表面，和優(yōu)良的導(dǎo) 熱導(dǎo)電性能的H0PG，但是由于有機(jī)高分子炭化石墨化處理過程熱解反應(yīng)機(jī)理很復(fù)雜，所以 制備過程復(fù)雜、條件苛刻，在很大程度上限制了 HOPG的大批量生產(chǎn)，且聚酰亞胺(PI)、聚噁 二唑(POD)、聚對(duì)苯乙烯(PPV)等具有高定向度的有機(jī)高分子膜價(jià)錢較高，在很大程度上限 制了HOPG的應(yīng)用的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化石墨烯制備高定向熱解石墨膜的方法，與傳 統(tǒng)工藝?yán)镁哂懈叨ㄏ蚨鹊挠袡C(jī)高分子膜制備高定向熱解石墨膜的方法相比，省略了炭化 這一過程，工藝簡單，生產(chǎn)成本低，且得到的高定向熱解石墨膜形狀、厚度可控，具有較好的 導(dǎo)熱功能。
[0006] 為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于氧化石墨烯制備高定向熱解石墨膜的方法，包括如下步驟：
[0008] 1)將氧化石墨烯粉末加入到水中，超聲分散，得到氧化石墨烯水溶液；
[0009] 2)在氧化石墨烯水溶液中加入導(dǎo)電高分子和高純石墨，充分混合均勻，得到氧化 石墨烯混合溶液；
[0010] 3)在基材均勻涂覆氧化石墨烯混合溶液，預(yù)干燥固化，滾壓均勻，再干燥，得到石 墨烯薄膜；
[0011] 4)將所述石墨烯薄膜至于石墨爐化中，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行石墨化處理，結(jié)束 后自然冷卻，得到高定向熱解石墨膜。
[0012] 優(yōu)選的，所述導(dǎo)電高分子為聚乙烯醇、聚酰亞胺、聚丙烯酰胺中的一種或幾種;所 述高純石墨為13C同位素合成石墨。
[0013]優(yōu)選的，所述氧化石墨稀混合溶液中氧化石墨稀為10_50wt%，導(dǎo)電高分子為50-89wt%， 13C同位素合成石墨為l-10wt%。
[0014]優(yōu)選的，所述方法還包括通過控制在基材上涂覆的氧化石墨烯混合溶液的形狀和 用量來控制得到特定形狀和厚度的高定向熱解石墨膜。
[0015]優(yōu)選的，所述高定向熱解石墨膜的厚度為5-100μηι。
[0016]優(yōu)選的，所述預(yù)干燥固化的溫度為50_80°C。
[0017] 優(yōu)選的，所述再干燥的條件為溫度100-200°C，時(shí)間為2_20h。
[0018]優(yōu)選的，所述惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?br>[0019] 優(yōu)選的，所述石墨化處理?xiàng)l件為升溫率5-25°C/min，溫度2600-2900°C，時(shí)間為10-24h〇
[0020] 優(yōu)選的，所述基材為銅箱、PET、玻璃中的任一種。
[0021] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，利用氧化石墨烯水溶液混合導(dǎo)電高分子和高純石墨形 成氧化石墨烯混合溶液，涂覆在基材上，通過預(yù)干燥固化，滾壓均勻，再干燥，得到一定形 狀、厚度的石墨烯薄膜，將得到石墨烯薄膜在石墨爐中的通過石墨化得到特定形狀的高定 向熱解石墨I(xiàn)旲，與傳統(tǒng)工藝具有尚定向度的有機(jī)尚分子I旲制備尚定向熱解石墨I(xiàn)旲中的方法 相比省略了炭化這一過程，工藝步驟更加簡單，且得到的高定向熱解石墨膜形狀、厚度可 控。同時(shí)，添加的高純石墨采用 13C同位素合成石墨，利用13C同位素合成石墨的高導(dǎo)熱和導(dǎo) 電性等優(yōu)良品質(zhì)，使得到的高定向熱解石墨膜具有較好的導(dǎo)熱功能。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加的清晰，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體 實(shí)施方式做出更為詳細(xì)的說明，在下面的描述中，闡述了很多具體的細(xì)節(jié)以便于充分的理 解本發(fā)明，但是本發(fā)明能夠以很多不同于描述的其他方式來實(shí)施。因此，本發(fā)明不受以下公 開的具體實(shí)施的限制。
[0023] -種基于氧化石墨烯制備高定向熱解石墨膜的方法，包括如下步驟：
[0024] 1)將氧化石墨烯粉末加入到水中，超聲分散，得到氧化石墨烯水溶液；
[0025] 2)在氧化石墨烯水溶液中加入導(dǎo)電高分子和高純石墨，充分混合均勻，得到氧化 石墨烯混合溶液；
[0026] 3)在基材均勻涂覆氧化石墨烯混合溶液，預(yù)干燥固化，滾壓均勻，再干燥，得到石 墨稀薄膜；
[0027] 4)將所述石墨烯薄膜至于石墨爐中，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行石墨化處理，結(jié)束后 自然冷卻，得到高定向熱解石墨膜。
[0028] 其中，所述導(dǎo)電高分子為聚乙烯醇、聚酰亞胺、聚丙烯酰胺中的一種或幾種;所述 高純石墨為13C同位素合成石墨。
[0029] 其中，所述氧化石墨烯混合溶液中氧化石墨烯為10_50wt%，導(dǎo)電高分子為50-89wt%，13C同位素合成石墨為l-10wt%。
[0030] 其中，所述方法還包括通過控制在基材上涂覆的氧化石墨烯混合溶液的形狀和用 量來控制得到特定形狀和厚度的高定向熱解石墨膜。
[0031]其中，所述高定向熱解石墨膜的厚度為5-100μηι。
[0032]其中，所述預(yù)干燥固化的溫度為50_80°C。
[0033]其中，所述再干燥的條件為溫度100-200°C，時(shí)間為2-20h。
[0034]其中，所述惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?br>[0035] 其中，所述石墨化處理?xiàng)l件為升溫率5-25°C/min，溫度2600-2