一种基于氧化石墨烯制备高定向热解石墨的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及到高定向热解石墨材料制备的技术领域，特别涉及到一种基于氧化石 墨稀制备高定向热解石墨的方法。
【背景技术】
[0002] 高定向热解石墨(HOPG)是一种新型高纯度炭材料，具有非常光滑的表面，和优良 的导热导电性能，是现代科技发展中不可缺少的一种材料。其广泛应用于包括X射线单色 器、中子滤波器和单色器、石墨基本性能研究、大尺寸石墨层间化合物、高导热应用等领域 中。
[0003] 1963年英国首先用压力热处理工艺制取了H0PG，1964年开始美国联合碳化物公司 扩大此工艺制取H0PG，然而由于其制备工艺较为苛刻造成材料十分昂贵，限制了HOPG的应 用的发展。为了扩大HOPG的应用范围，研究人员进行了大量的研发工作，1992年，日本学者 M. Murakami首先尝试了用叠层热处理的方法来制取高导热石墨块，为HOPG的研究打开了一 个全新的方向。
[0004] 现有技术中，HOPG主要采用聚酰亚胺(PI)、聚噁二唑(POD)、聚苯撑亚乙烯基(PPV) 等具有高定向度的有机高分子膜，通过在惰性气氛下加压炭化、并经2800~3200°C石墨化 处理制得。专利号93106637.9公开了中国科学院山西煤炭化学研究所利用利用PI薄膜层 叠、热压工艺研制出热导率大于600W/(m · K)的高导热石墨块体材料的方法。李海英等人发 布的《聚酰亚胺薄膜制备高定向石墨材料的研究》，采用双向拉伸的聚酰亚胺薄膜，经层叠、 压力下炭化、石墨化后制得导热率接近l〇〇〇W/(m · K)的高定向石墨块体材料。日本科学家 M. Murakami采用高度取向的聚酰亚胺薄膜为原料，经过裁切、层叠、压制、炭化、石墨化制得 了热导率高达1800W/(m · K)的块状高定向石墨材料。利用具有高定向度的有机高分子膜， 通过在惰性气氛下加压炭化、石墨化处理虽然可以得到具有非常光滑的表面，和优良的导 热导电性能的H0PG，但是由于有机高分子炭化石墨化处理过程热解反应机理很复杂，所以 制备过程复杂、条件苛刻，在很大程度上限制了 HOPG的大批量生产，且聚酰亚胺(PI)、聚噁 二唑(POD)、聚对苯乙烯(PPV)等具有高定向度的有机高分子膜价钱较高，在很大程度上限 制了HOPG的应用的发展。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于氧化石墨烯制备高定向热解石墨膜的方法，与传 统工艺利用具有高定向度的有机高分子膜制备高定向热解石墨膜的方法相比，省略了炭化 这一过程，工艺简单，生产成本低，且得到的高定向热解石墨膜形状、厚度可控，具有较好的 导热功能。
[0006] 为此，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种基于氧化石墨烯制备高定向热解石墨膜的方法，包括如下步骤：
[0008] 1)将氧化石墨烯粉末加入到水中，超声分散，得到氧化石墨烯水溶液；
[0009] 2)在氧化石墨烯水溶液中加入导电高分子和高纯石墨，充分混合均匀，得到氧化 石墨烯混合溶液；
[0010] 3)在基材均匀涂覆氧化石墨烯混合溶液，预干燥固化，滚压均匀，再干燥，得到石 墨烯薄膜；
[0011] 4)将所述石墨烯薄膜至于石墨炉化中，在惰性气体保护下进行石墨化处理，结束 后自然冷却，得到高定向热解石墨膜。
[0012] 优选的，所述导电高分子为聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚丙烯酰胺中的一种或几种;所 述高纯石墨为13C同位素合成石墨。
[0013]优选的，所述氧化石墨稀混合溶液中氧化石墨稀为10_50wt%，导电高分子为50-89wt%， 13C同位素合成石墨为l-10wt%。
[0014]优选的，所述方法还包括通过控制在基材上涂覆的氧化石墨烯混合溶液的形状和 用量来控制得到特定形状和厚度的高定向热解石墨膜。
[0015]优选的，所述高定向热解石墨膜的厚度为5-100μηι。
[0016]优选的，所述预干燥固化的温度为50_80°C。
[0017] 优选的，所述再干燥的条件为温度100-200°C，时间为2_20h。
[0018]优选的，所述惰性气体为氮气或者氩气。
[0019] 优选的，所述石墨化处理条件为升温率5-25°C/min，温度2600-2900°C，时间为10-24h〇
[0020] 优选的，所述基材为铜箱、PET、玻璃中的任一种。
[0021] 本发明采用以上技术方案，利用氧化石墨烯水溶液混合导电高分子和高纯石墨形 成氧化石墨烯混合溶液，涂覆在基材上，通过预干燥固化，滚压均匀，再干燥，得到一定形 状、厚度的石墨烯薄膜，将得到石墨烯薄膜在石墨炉中的通过石墨化得到特定形状的高定 向热解石墨I旲，与传统工艺具有尚定向度的有机尚分子I旲制备尚定向热解石墨I旲中的方法 相比省略了炭化这一过程，工艺步骤更加简单，且得到的高定向热解石墨膜形状、厚度可 控。同时，添加的高纯石墨采用 13C同位素合成石墨，利用13C同位素合成石墨的高导热和导 电性等优良品质，使得到的高定向热解石墨膜具有较好的导热功能。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合实施例，对本发明的具体 实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理 解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公 开的具体实施的限制。
[0023] -种基于氧化石墨烯制备高定向热解石墨膜的方法，包括如下步骤：
[0024] 1)将氧化石墨烯粉末加入到水中，超声分散，得到氧化石墨烯水溶液；
[0025] 2)在氧化石墨烯水溶液中加入导电高分子和高纯石墨，充分混合均匀，得到氧化 石墨烯混合溶液；
[0026] 3)在基材均匀涂覆氧化石墨烯混合溶液，预干燥固化，滚压均匀，再干燥，得到石 墨稀薄膜；
[0027] 4)将所述石墨烯薄膜至于石墨炉中，在惰性气体保护下进行石墨化处理，结束后 自然冷却，得到高定向热解石墨膜。
[0028] 其中，所述导电高分子为聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚丙烯酰胺中的一种或几种;所述 高纯石墨为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为10_50wt%，导电高分子为50-89wt%，13C同位素合成石墨为l-10wt%。
[0030] 其中，所述方法还包括通过控制在基材上涂覆的氧化石墨烯混合溶液的形状和用 量来控制得到特定形状和厚度的高定向热解石墨膜。
[0031]其中，所述高定向热解石墨膜的厚度为5-100μηι。
[0032]其中，所述预干燥固化的温度为50_80°C。
[0033]其中，所述再干燥的条件为温度100-200°C，时间为2-20h。
[0034]其中，所述惰性气体为氮气或者氩气。
[0035] 其中，所述石墨化处理条件为升温率5-25°C/min，温度2600-2