一种石墨烯基导热／导电复合材料的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115862956A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211492972.8C01B32/184(2017.01)(22)申请日2022.11.25(71)申请人中国科学院金属研究所地址110016辽宁省沈阳市沈河区文化路72号(72)发明人任文才马超群刘海超成会明(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234专利代理师张志伟(51)Int.Cl.H01B13/00(2006.01)H01B1/04(2006.01)H01B1/12(2006.01)H05K9/00(2006.01)C09K5/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种石墨烯基导热／导电复合材料的制备方法(57)摘要本发明涉及新材料及其应用技术领域，具体涉及一种石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法。将具有三维连通结构的开孔泡沫金属叠层压制，将压制完的泡沫金属在适宜的温度和气氛条件下退火。利用化学气相沉积工艺，在泡沫金属模板表面催化生长石墨烯层。去除金属基底后，得到开孔密排结构的泡沫石墨烯网络骨架。利用真空浸渍工艺向所述具有密排三维连通结构的泡沫石墨烯网络骨架孔隙中填充聚合物基体，并选择合适的工艺完成固化。本发明工艺简单，生产成本低廉。所制备的石墨烯基复合材料，具有优异的导热、导电性能。在导热、导电、电磁屏蔽等领域具有巨大的应用潜力。CN115862956ACN115862956A权利要求书1/2页1.一种石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将具有三维连通结构的开孔泡沫金属叠层压制，压缩率为90～99％；(2)在载气保护气氛下将退火炉腔体加热到设定温度1000～1800℃；(3)向退火炉腔体恒温区内放入经过压制的泡沫金属基体，通入还原气体，保温0min～60min，在载气保护气氛下将泡沫金属基体冷却后取出，对经过压制的泡沫金属进行退火处理；(4)在载气保护气氛下将反应炉腔体加热到设定温度600～1200℃；(5)向反应炉腔体内通入碳源气体、还原气体及载气的混合气氛，在退火处理后的泡沫金属基体表面催化生长出石墨烯；所述混合气氛中碳源气体、还原气体和载气的流量比为1：(0～80)：(0～100)，反应时间1min～120min；(6)在载气保护气氛下将所述泡沫金属基体冷却后取出，即得到生长在泡沫金属基体上的具有密排结构的泡沫石墨烯网络骨架结构；(7)采用金属刻蚀液去除泡沫金属基体，获得具有密排结构的泡沫石墨烯；(8)利用真空浸渍工艺向所述具有密排结构的泡沫石墨烯网络骨架孔隙中填充聚合物基体，并完成固化。2.根据权利要求1所述的石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，泡沫金属基体为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁、泡沫钴、泡沫银、泡沫金、泡沫铂、泡沫钛之一种或者两种以上金属所形成的泡沫合金，泡沫金属基体的孔隙率分布在50～400PPI，初始厚度为0.5～15mm。3.根据权利要求1所述的石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，载气保护气氛为氩气、氮气和氦气中的一种或两种以上混合，所述设定温度为1050～1400℃，步骤(3)中对压制后的泡沫金属的退火处理即在该设定温度下进行。4.根据权利要求1所述的石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，载气保护气氛为氩气、氮气和氦气中的一种或两种以上混合，所述设定温度为900～1100℃，步骤(5)中的反应生长出石墨烯即在该设定温度下进行。5.根据权利要求1所述的石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，碳源气体为甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一种或两种以上，还原气体为氢气和氨气中的一种或两种，载气为氩气、氮气和氦气中的一种或两种以上混合；优选的，混合气的流量为800～2400sccm，混合气氛中碳源气体、还原气体和载气的流量比为1：20～60：30～90，反应时间30min～90min。6.根据权利要求1所述的石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，金属刻蚀液为盐酸、硫酸、硝酸、过硫酸铵和氯化铁的一种或两种以上混合的水溶液或水醇混合溶液。7.根据权利要求1所述的石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，聚合物基体包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺中的一种或两种以上混合。8.根据权利要求1所述的石墨烯基导热/导电复合材料的制备方法，其特征在于，该方法通过选择不同的泡沫金属基体和/或调控反应中的温度、反应气氛生长参数，能够对所制备的泡沫石墨烯网络骨架厚度、孔隙和形态进行调控；所制备石墨烯基导热/导电复合