一种高效石墨烯散热材料的制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯技术领域，具体是一种高效石墨烯散热材料的制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种最坚硬和耐磨耐化学及耐腐蚀的材料，综合性能优于所有金属材料，在制备工艺方法优化成超细纳米级材料，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，高于纳米碳管和金刚石及金属，因此在全世界核发电站中的反应堆作为核心棒被称为高散热材料。与此同时也可应用于LED灯具，因其散热功能优越及使用寿命延长、符合国家节能节排及绿色环保等优点:得到行业越来越广泛的应用。但LED灯具在结构设计和封装过程中发光二极管属于冷光源瞬间发热量高达130度的临界点、在没有散热器的紧密支配下:导致而影响其寿命，LED灯具的散热问题是全世界人研究的热点。石墨烯作为高效散热材料，用于LED灯具，能够提高LED灯具的散热能力。为了提高石墨烯散热材料的散热性能，需要使用纯度高且分散性好的石墨烯。但制作高效石墨烯散热材料的制备方法及工艺技术是一大难点。
[0003]目前已有较多文献公开报道利用液相法在纯水溶液、DMF或者和水的混合液、碳酸乙烯酯等溶剂中制备石墨烯。液相法被认为是规模化低成本制备石墨烯材料的最有前景的方法。在这些极性溶剂中，氧化石墨在水溶液中易于剥离分散形成胶体溶液，但还原制备石墨烯时易于团聚结块，并且难于洗涤分离出产物。
[0004]食品抗氧化剂通常用在食品等产品中，用来延长食品的保质期或者保持其营养。常用的食品抗氧化剂主要有3-叔丁基-4-羟基苯甲醚(BHA)、2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、叔丁基对苯二酚(THBQ)、没食子酸正丙酯(PG)、没食子酸正辛酯(OG)和没食子酸十二丙酯(DG)，这些食品抗氧化剂可以防止活泼性的氧(氮或氯)自由基对食品造成的氧化损伤，已经被很多国家允许作为食品添加剂在食品中使用。食品抗氧化剂是一类具有还原性的、生物相容性的化合物，因此，是一种绿色的还原氧化石墨烯的物质。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种高效石墨烯散热材料的制备方法与应用，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种高效石墨烯散热材料的制备方法与应用，其步骤如下:1、配置食品抗氧化剂溶液，以BHA、BHT、THBQ,PG、OG和DG食品抗氧化剂中的一种或几种为溶质，以甲醇、乙醇、乙腈或异丙醇溶液中的一种或几种为溶剂，配制含柠檬酸的食品抗氧化剂溶液；2、制备氧化石墨烯的胶体溶液；3、向所述胶体溶液中加入中性盐，混匀后得到氧化石墨烯中性盐溶液中，中性盐为氯化钾、氯化钠、硫酸钾及硫酸钠中的至少一种；4、向所述氧化石墨烯中性盐溶液中加入食品抗氧化剂溶液，加热还原得到石墨烯。
[0008]作为本发明进一步的方案:制备氧化石墨烯的胶体溶液包括以下步骤:将氧化石墨与溶剂在研钵中混合，研碎得到胶状物；将所述胶状物加入到溶剂中进行超声剥离得到所述氧化石墨烯的胶体溶液。
[0009]作为本发明再进一步的方案:制备氧化石墨烯的胶体溶液中，所述溶剂为水、醇或者水与醇的混合物。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:1、通过向氧化石墨烯的胶体溶液中加入中性盐，中性盐电离出来的正离子可以与氧化石墨烯表层的氧作用，形成化合共扼兀键的结构，进而成为絮状或电子网状的聚合物，还原时由于正负离子的存在，氧化石墨烯片层相互排斥引成空气对流，聚合而得到稳定的片状石墨烯；2、添加中性盐后，溶液的浮力大大增加，也有利于还原后得到的石墨烯在溶液中漂浮，而难以沉降形成块状，从而还原后可以得到具有良好分散性、不结块的石墨烯，；3、采用食品抗氧化剂作为还原剂，食品抗氧化剂本身及其氧化产物均是对人体无毒无害的物质，且在制备过程中不产生对人体有害的副产物；4、可以通过简单的清洗，将食品抗氧化剂本身及其氧化产物与石墨烯分离，可以得到高纯度的石墨烯；5、该石墨烯散热材料的制备方法能够制备出纯度高且分散性好的石墨烯，作为散热材料，应用于LED灯具，能够大大提高LED灯具散热性能，解决了 LED灯具散热之关键难题。
【具体实施方式】
[0011 ] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0012]一种高效石墨烯散热材料的制备方法与应用，其步骤如下:
1、配置食品抗氧化剂溶液，以BHA、BHT、THBQ、PG、OG和DG食品抗氧化剂中的一种或几种为溶质，以甲醇、乙醇、乙腈或异丙醇溶液中的一种或几种为溶剂，配制含柠檬酸的食品抗氧化剂溶液；
2、制备氧化石墨烯的胶体溶液，首先制备氧化石墨，将浓硫酸与石墨粉在反应器中混合均匀，加热至70?80°C氧化4小时，冷却后超声2小时，再用去离子水稀释、洗涤、烘干，得到预处理的石墨粉；根据Hrnnmer氧化法将其与浓硫酸，硝酸钠和高猛酸钾混合氧化，制备得到充分氧化的氧化石墨，氧化石墨的制备方法不限于此，再将得到的氧化石墨与溶剂在研钵中混合，研碎得到胶状物，最后将得到的胶状物加入到溶剂中进行超声剥离0.5?4小时，得到氧化石墨烯的胶体溶液，其中，上述各步骤中，溶剂可以为水、醇或水与醇的混合物。醇可以为甲醇、乙醇等常见醇类溶剂，胶体溶液中氧化石墨烯的浓度优选为0.05?4mg/mL ；
3、向所述氧化石墨烯的胶体溶液中加入中性盐，混匀后得到氧化石墨烯中性盐溶液中，中性盐为氯化钾、氯化钠、硫酸钾及硫酸钠中的至少一种，中性盐可以以化合物单体或者0.5?3mol/L的中性盐溶液的形式加入。对于以溶液形式加入的中性盐，溶剂同用于制备氧化石墨烯的胶体溶液所用溶剂相同，可以为水、醇或水与醇的混合物。优选的，加入到胶体溶液中的中性盐在氧化石墨烯中性盐溶液中的浓度为0.1?6mol/L ；
4、向所述氧化石墨烯中性盐溶液中加入食品抗氧化剂溶液，加热还原得到石墨烯，将所述氧化石墨烯中性盐溶液中加入食品抗氧化剂溶液后，对得到的体系进行搅拌加热，直到黄色絮状的氧化石墨烯变成黑色悬浮于溶液中，冷却后用0.4 μπι的过滤器洗涤过滤，再用去离子水洗去中性盐及剩余还原剂，将滤饼冷冻干燥36小时或更长时间得到石墨烯，加热还原过程中的温度优选为80?120°C，时间优选为2?48小时。
[0013]实施例1
配置食品抗氧化剂溶液，以乙醇为溶剂，加入BHA和柠檬酸，配置成2.7mg/mL的BHA乙醇溶液，其中柠檬酸的浓度为1.35mg/mL。
[0014]制备氧化石墨烯的胶体溶液，称取5g石墨粉固体与30mL浓硫酸在500mL三颈烧瓶中混合均匀，油浴加热至800C氧化，反应进行4小时后取出冷却，将其在500W条件下超声2小时，再用去离子水稀释至500mL，转移到IL容器中，去离子水稀释至1L，于0.22 μπι过滤器中过滤，用去离子水洗至IM BaCl2检测不出白色沉淀，再于70°C干燥24小时得到预处理的石墨粉。
[0015]将上述预处理的石墨粉加入到500mL三颈烧瓶中，加入2.5g NaNOj