本发明涉及电子产品散热领域，具体涉及一种石墨烯散热片的制备方法。
背景技术：
对于电子产品而言，其各个部件有效的散热来获得较低的工作温度对其使用寿命和运行速度会产生极其重要的影响。随着科技的不断发展和进步，特别是计算机芯片多核化已经成为主流，且运行速度不断加快，功率也随之增长，有效的散热对其运行速度起着举足轻重的作用。目前，市场上的散热主流产品为石墨类导热膜，然而，其散热性能远远满足不了电子信息产品散热器件的散热需求，成为了大多电子产品的散热瓶颈。
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格（honeycomb crystal lattice）排列构成的单层平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s)，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。石墨烯具有如此优异的物理化学性能，已逐渐用于透明导电薄膜，纳米电子器件（晶体管，晶体管电路互联内存半导体），导电墨水，太阳能电池、锂电池、超级电容器、传感器和生物医药等领域。
石墨烯可由进一步掺杂不同元素来调整材料内部电传导及热传导的性质，以往传统可由氮掺杂石墨烯来制备用于电子元件的复合材料。
技术实现要素：
本发明提供一种石墨烯散热片的制备方法，该方法采用金属铁粉与盐酸复合的还原体系来还原处理稀浓度的氧化石墨烯水溶液，原料成本低廉，无毒，操作简单，利于批量生产，通过氮掺杂可简单、有效地提高石墨烯中碳与碳间的结构完整性，且使用的有机或无机固相氮源具有成本低及易取得的优点，可有效降低制造成本。
为了实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯散热片的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备石墨烯
将250g天然石墨和由4.5L浓硫酸和0.5L浓磷酸组成的5L混酸混合于反应釜内并用电控磁力搅拌器搅拌均匀，在低于20℃的情况下缓慢加入500g高锰酸钾；之后，密封反应釜并升温至85-90℃反应2-3小时，将产物从反应釜下端取出，稀释成40L溶液，加入0.6L双氧水得亮黄色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替离心洗涤，至溶液pH=5-6，去除杂质离子；最后，超声分散氧化石墨，配置出一定浓度的氧化石墨烯溶液；
将2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液转移至反应釜内，在磁力搅拌下加入12-36g铁粉和0.8-1.8L的浓盐酸，75-90℃反应4-5小时；然后静置，用盐酸抽滤洗涤除去残留的铁粉，再水洗抽滤除酸；最后冷冻干燥，研磨过筛得石墨烯粉末；
（2）氮掺杂石墨烯
固相含氮前驱物与上述石墨烯粉末固相混合形成该混合物，固相氮源可选自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C3H3N6、C11H7N、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一种；石墨烯与固相含氮前驱物混合的重量比例为1：2至1：10；将所述混合物于500℃至700℃的温度下进行烧结，烧结的时间为4～7小时，得到氮掺杂石墨烯；
（3）制备石墨烯散热片
将上述方法所制得的氮掺杂石墨烯与高分子粘结剂进行混合，以形成浆料混合物，将该浆料混合物涂布于金属基材的至少一表面上，以形成复合材料；将该复合材料置入高温烘箱进行干燥形成散热片。
优选的，在步骤（1）中，铁粉纯度>99.0%，浓盐酸的的质量分数浓度为36%，在所述步骤（4）中，该高分子粘结剂为羧甲基纤维素(CMC)，浆料混合物中的氮掺杂石墨烯含量为65-86wt％，该金属基材为银箔。
本发明的优点在于，采用金属铁粉与盐酸复合的还原体系来还原处理稀浓度的氧化石墨烯水溶液，原料成本低廉，无毒，操作简单，利于批量生产，通过氮掺杂可简单、有效地提高石墨烯中碳与碳间的结构完整性，且使用的有机或无机固相氮源具有成本低及易取得的优点，可有效降低制造成本。
具体实施方式
实施例一
将250g天然石墨和由4.5L浓硫酸和0.5L浓磷酸组成的5L混酸混合于反应釜内并用电控磁力搅拌器搅拌均匀，在低于20℃的情况下缓慢加入500g高锰酸钾；之后，密封反应釜并升温至85℃反应2-3小时，将产物从反应釜下端取出，稀释成40L溶液，加入0.6L双氧水得亮黄色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替离心洗涤，至溶液pH=5-6，去除杂质离子；最后，超声分散氧化石墨，配置出一定浓度的氧化石墨烯溶液；
将2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液转移至反应釜内，在磁力搅拌下加入12g铁粉和0.8L的浓盐酸，75℃反应4小时；然后静置，用盐酸抽滤洗涤除去残留的铁粉，再水洗抽滤除酸；最后冷冻干燥，研磨过筛得石墨烯粉末；铁粉纯度>99.0%，浓盐酸的的质量分数浓度为36%。
固相含氮前驱物与上述石墨烯粉末固相混合形成该混合物，固相氮源可选自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C3H3N6、C11H7N、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一种；石墨烯与固相含氮前驱物混合的重量比例为1：2；将所述混合物于500℃的温度下进行烧结，烧结的时间为4小时，得到氮掺杂石墨烯。
将上述方法所制得的氮掺杂石墨烯与高分子粘结剂进行混合，以形成浆料混合物，将该浆料混合物涂布于金属基材的至少一表面上，以形成复合材料；将该复合材料置入高温烘箱进行干燥形成散热片。该高分子粘结剂为羧甲基纤维素(CMC)，浆料混合物中的氮掺杂石墨烯含量为65wt％，该金属基材为银箔。
实施例二
将250g天然石墨和由4.5L浓硫酸和0.5L浓磷酸组成的5L混酸混合于反应釜内并用电控磁力搅拌器搅拌均匀，在低于20℃的情况下缓慢加入500g高锰酸钾；之后，密封反应釜并升温至90℃反应3小时，将产物从反应釜下端取出，稀释成40L溶液，加入0.6L双氧水得亮黄色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替离心洗涤，至溶液pH=5-6，去除杂质离子；最后，超声分散氧化石墨，配置出一定浓度的氧化石墨烯溶液；
将2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液转移至反应釜内，在磁力搅拌下加入36g铁粉和1.8L的浓盐酸， 90℃反应5小时；然后静置，用盐酸抽滤洗涤除去残留的铁粉，再水洗抽滤除酸；最后冷冻干燥，研磨过筛得石墨烯粉末；铁粉纯度>99.0%，浓盐酸的的质量分数浓度为36%。
固相含氮前驱物与上述石墨烯粉末固相混合形成该混合物，固相氮源可选自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C3H3N6、C11H7N、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一种；石墨烯与固相含氮前驱物混合的重量比例为1：10；将所述混合物于700℃的温度下进行烧结，烧结的时间为7小时，得到氮掺杂石墨烯。
将上述方法所制得的氮掺杂石墨烯与高分子粘结剂进行混合，以形成浆料混合物，将该浆料混合物涂布于金属基材的至少一表面上，以形成复合材料；将该复合材料置入高温烘箱进行干燥形成散热片。该高分子粘结剂为羧甲基纤维素(CMC)，浆料混合物中的氮掺杂石墨烯含量为86wt％，该金属基材为银箔。