本發(fā)明涉及電子產(chǎn)品散熱領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯散熱片的制備方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于電子產(chǎn)品而言，其各個(gè)部件有效的散熱來(lái)獲得較低的工作溫度對(duì)其使用壽命和運(yùn)行速度會(huì)產(chǎn)生極其重要的影響。隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)芯片多核化已經(jīng)成為主流，且運(yùn)行速度不斷加快，功率也隨之增長(zhǎng)，有效的散熱對(duì)其運(yùn)行速度起著舉足輕重的作用。目前，市場(chǎng)上的散熱主流產(chǎn)品為石墨類導(dǎo)熱膜，然而，其散熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了電子信息產(chǎn)品散熱器件的散熱需求，成為了大多電子產(chǎn)品的散熱瓶頸。
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格（honeycomb crystal lattice）排列構(gòu)成的單層平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm2/(V·s)，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。石墨烯具有如此優(yōu)異的物理化學(xué)性能，已逐漸用于透明導(dǎo)電薄膜，納米電子器件（晶體管，晶體管電路互聯(lián)內(nèi)存半導(dǎo)體），導(dǎo)電墨水，太陽(yáng)能電池、鋰電池、超級(jí)電容器、傳感器和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。
石墨烯可由進(jìn)一步摻雜不同元素來(lái)調(diào)整材料內(nèi)部電傳導(dǎo)及熱傳導(dǎo)的性質(zhì)，以往傳統(tǒng)可由氮摻雜石墨烯來(lái)制備用于電子元件的復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種石墨烯散熱片的制備方法，該方法采用金屬鐵粉與鹽酸復(fù)合的還原體系來(lái)還原處理稀濃度的氧化石墨烯水溶液，原料成本低廉，無(wú)毒，操作簡(jiǎn)單，利于批量生產(chǎn)，通過(guò)氮摻雜可簡(jiǎn)單、有效地提高石墨烯中碳與碳間的結(jié)構(gòu)完整性，且使用的有機(jī)或無(wú)機(jī)固相氮源具有成本低及易取得的優(yōu)點(diǎn)，可有效降低制造成本。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種石墨烯散熱片的制備方法，該方法包括如下步驟：
（1）制備石墨烯
將250g天然石墨和由4.5L濃硫酸和0.5L濃磷酸組成的5L混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至85-90℃反應(yīng)2-3小時(shí)，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40L溶液，加入0.6L雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液pH=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；
將2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12-36g鐵粉和0.8-1.8L的濃鹽酸，75-90℃反應(yīng)4-5小時(shí)；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過(guò)篩得石墨烯粉末；
（2）氮摻雜石墨烯
固相含氮前驅(qū)物與上述石墨烯粉末固相混合形成該混合物，固相氮源可選自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C3H3N6、C11H7N、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一種；石墨烯與固相含氮前驅(qū)物混合的重量比例為1：2至1：10；將所述混合物于500℃至700℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的時(shí)間為4～7小時(shí)，得到氮摻雜石墨烯；
（3）制備石墨烯散熱片
將上述方法所制得的氮摻雜石墨烯與高分子粘結(jié)劑進(jìn)行混合，以形成漿料混合物，將該漿料混合物涂布于金屬基材的至少一表面上，以形成復(fù)合材料；將該復(fù)合材料置入高溫烘箱進(jìn)行干燥形成散熱片。
優(yōu)選的，在步驟（1）中，鐵粉純度>99.0%，濃鹽酸的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為36%，在所述步驟（4）中，該高分子粘結(jié)劑為羧甲基纖維素(CMC)，漿料混合物中的氮摻雜石墨烯含量為65-86wt％，該金屬基材為銀箔。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用金屬鐵粉與鹽酸復(fù)合的還原體系來(lái)還原處理稀濃度的氧化石墨烯水溶液，原料成本低廉，無(wú)毒，操作簡(jiǎn)單，利于批量生產(chǎn)，通過(guò)氮摻雜可簡(jiǎn)單、有效地提高石墨烯中碳與碳間的結(jié)構(gòu)完整性，且使用的有機(jī)或無(wú)機(jī)固相氮源具有成本低及易取得的優(yōu)點(diǎn)，可有效降低制造成本。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
將250g天然石墨和由4.5L濃硫酸和0.5L濃磷酸組成的5L混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至85℃反應(yīng)2-3小時(shí)，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40L溶液，加入0.6L雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液pH=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；
將2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12g鐵粉和0.8L的濃鹽酸，75℃反應(yīng)4小時(shí)；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過(guò)篩得石墨烯粉末；鐵粉純度>99.0%，濃鹽酸的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為36%。
固相含氮前驅(qū)物與上述石墨烯粉末固相混合形成該混合物，固相氮源可選自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C3H3N6、C11H7N、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一種；石墨烯與固相含氮前驅(qū)物混合的重量比例為1：2；將所述混合物于500℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的時(shí)間為4小時(shí)，得到氮摻雜石墨烯。
將上述方法所制得的氮摻雜石墨烯與高分子粘結(jié)劑進(jìn)行混合，以形成漿料混合物，將該漿料混合物涂布于金屬基材的至少一表面上，以形成復(fù)合材料；將該復(fù)合材料置入高溫烘箱進(jìn)行干燥形成散熱片。該高分子粘結(jié)劑為羧甲基纖維素(CMC)，漿料混合物中的氮摻雜石墨烯含量為65wt％，該金屬基材為銀箔。
實(shí)施例二
將250g天然石墨和由4.5L濃硫酸和0.5L濃磷酸組成的5L混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至90℃反應(yīng)3小時(shí)，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40L溶液，加入0.6L雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液pH=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；
將2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入36g鐵粉和1.8L的濃鹽酸， 90℃反應(yīng)5小時(shí)；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過(guò)篩得石墨烯粉末；鐵粉純度>99.0%，濃鹽酸的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為36%。
固相含氮前驅(qū)物與上述石墨烯粉末固相混合形成該混合物，固相氮源可選自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C3H3N6、C11H7N、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一種；石墨烯與固相含氮前驅(qū)物混合的重量比例為1：10；將所述混合物于700℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的時(shí)間為7小時(shí)，得到氮摻雜石墨烯。
將上述方法所制得的氮摻雜石墨烯與高分子粘結(jié)劑進(jìn)行混合，以形成漿料混合物，將該漿料混合物涂布于金屬基材的至少一表面上，以形成復(fù)合材料；將該復(fù)合材料置入高溫烘箱進(jìn)行干燥形成散熱片。該高分子粘結(jié)劑為羧甲基纖維素(CMC)，漿料混合物中的氮摻雜石墨烯含量為86wt％，該金屬基材為銀箔。