一种高导电、导热和高强度碳材料薄膜及其制备方法与流程

文档序号:11801359阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高导电、导热和高强度碳材料薄膜的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

(1)将功能化碳材料粉末和分散剂一起加入到水或有机溶剂中进行搅拌混合,得到功能化碳材料分散液;

(2)在功能化碳材料分散液中加入粘结剂、塑化剂,混合得到均匀稳定的浆料;

(3)成型,将浆料从流延成型设备的料斗下部流至基带上,通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜;

(4)将坯膜浸入溶剂中升温至20-240℃进行反应3-12小时;

(5)将反应后的坯膜置于烘干室中蒸发溶剂;

(6)在保护气氛下,升温至1000-3000℃烧结1-10h, 得到碳材料薄膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的功能化碳材料粉末选自将碳材料粉末经羟基化、环氧基化、巯基化、羧基化或氨基化而成的碳材料化合物中两种。

3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述的碳材料为纯碳材料和氧化碳材料中的至少一种;所述的功能化碳材料粉末的平均粒径为0.001-50μm。

4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述纯碳材料包括碳黑、石墨、碳纳米管、富勒烯、石墨烯或金刚石;所述氧化碳材料包括氧化炭黑、氧化石墨、氧化碳纳米管、氧化富勒烯、氧化石墨烯或氧化金刚石。

5.根据权利要求1中所述的制备方法,其特征在于:所述的步骤(1)中的水或有机溶剂的加入量为功能化碳材料粉末质量的20-60倍;所述的有机溶剂为乙醇、甲乙酮、三氯乙烯中的至少一种;

所述的分散剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、磷酸酯、三油酸甘油酯或鲱鱼油中的至少一种,其加入量为功能化碳材料粉末质量的0-5%;

所述搅拌混合是将功能化碳材料粉末、分散剂和溶剂一起加入球磨罐中进行球磨为1-5小时后,再进行超声搅拌0.2-1小时。

6.根据权利要求1中所述的一种制备方法,其特征在于:所述的步骤(2)中的粘结剂为羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、苯丙乳胶液、丙烯酸乳剂、聚醋酸乙烯酯或聚丙烯酸甲酯中的至少一种,其加入量为功能化碳材料粉末质量的0.5-20%;

所述的塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、二乙基草酸酯或甘油中的至少一种,其加入量为功能化碳材料粉末质量的0.1-10%;

所述功能化碳材料分散液、粘结剂和塑化剂的混合是指在超声条件下混合0.2-2小时。

7.根据权利要求1中所述的制备方法,其特征在于:所述的步骤(4)中的溶剂选自二氯甲烷(DCM)、氮氮二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲基亚砜(DMSO)、N,N,-二异丙基乙胺(DIEA)、二环己基碳二亚胺(DCC)、四氢呋喃(THF)、甲醇、乙醇或碳酸钠中与功能化碳材料表面所含基团的反应类型相对应的一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的步骤(4)中还加入了催化剂或缩合剂,所述的催化剂为硫酸、对甲苯磺酸、氟硼酸、叔胺、季铵盐、三苯基膦、4-二甲氨基吡啶(DMAP)中的一种,其加入量为功能化碳材料粉末质量的0.1-5%;

所述的缩合剂为2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N’,N’,-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)、二环己基碳二亚胺(DCC)、N,N-二异丙基碳二亚胺(DIC)中的一种,其加入量为功能化碳材料粉末质量的0.1-10%。

9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的步骤(5)中烘干室的温度为三段烘干,其中一段烘干温度为30-50℃、时间为30-180分钟;二段烘干温度为50-80℃、时间为30-180分钟;三段烘干温度为80-100℃、时间为30-180分钟。

10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的步骤(3)-(6)中的一步或多步中,添加强度为0.01-2000kv/m的电场,使针状碳材料薄膜内部在轴向方向进行取向或者使片状碳材料薄膜卷曲部分在二维空间内舒展。

11.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)中的保护气氛为氢气、氩气、甲烷、氮气或真空气体状态中的至少一种。

12.一种如权利要求1-11所述的制备方法制备的高导电、导热和高强度碳材料薄膜,其特征在于:所述碳材料薄膜的孔隙率为0.01-1%、厚度为1μm-100μm,电导率为80000-100000s/m、热导率为7000-9000w/mk,弹性模量为13-35GPa,拉伸强度为550-1600MPa,断裂伸长率为50-150%。

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