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CN106968128B - 一种柔性石墨烯基复合纸及其制备方法 - Google Patents

一种柔性石墨烯基复合纸及其制备方法 Download PDF

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CN106968128B CN201710235829.3A CN201710235829A CN106968128B CN 106968128 B CN106968128 B CN 106968128B CN 201710235829 A CN201710235829 A CN 201710235829A CN 106968128 B CN106968128 B CN 106968128B
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Abstract

一种柔性石墨烯基复合纸，包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值小于或等于0.05；且石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构；其制备方法包括：取已制备好的高分子纤维骨架置于微孔滤膜上，再将氧化石墨烯分散液倒入高分子纤维骨架上方进行减压抽滤，然后将减压抽滤后的水凝胶块体经液相挥发自组装得氧化石墨烯/高分子纤维复合纸，再进行还原，高温诱导石墨化即得到产品。本发明制备得到的柔性石墨烯基复合纸可在制备横向散热器中进行应用，表现出更优异的机械性能、导电与导热散热性能。

Description

一种柔性石墨烯基复合纸及其制备方法
技术领域
本发明属于高性能特种纸产品领域，具体涉及一种高分子纤维与石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来信息、通讯和可再生能源存储等技术的发展要求电子和光电子器件的功率密度持续拔高，因此这些器件的高效散热成为了一个主要的问题。高效散热，是决定现代电子、光电子和光子器件的性能和可靠性的决定性因素，特别是对于下一代三维集成电路和超快高功率密度晶体管器件而言，这一需求更为突出。由于基础器件单元的散热能力不足而导致其控温失效，一些新的导热材料，主要包括导热界面材料和横向散热器等成为了这些系统更有前景的重要元件。
横向散热器广泛应用于各类商业便携式电子设备，比如移动电话、平板电脑、发光二极管(LED)灯具等等。横向散热器一般是纸状的，拥有高面内导热系数，将其放置在局部热源基底可以实现有效的散热。典型的商用纸状横向散热器有柔性石墨纸和石墨化聚酰亚胺(PI)纸。石墨烯纸和石墨化PI纸具有相当的热传导性，而石墨纸则次之，但石墨烯纸性价比更高，并且石墨烯纸的厚度可控，如从几百纳米到几百微米可调。因此，石墨烯纸是一个更具商业应用前景的高性价比平行散热器。
然而，现有石墨烯纸导热性能和柔性都需进一步提高以满足高功率密度电子元器件的高速发展要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种柔性的、厚度可控的、高导热散热、高力学强度的柔性石墨烯基复合纸，还相应提供该柔性石墨烯基复合纸的制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种柔性石墨烯基复合纸，所述柔性石墨烯基复合纸包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，所述柔性石墨烯基复合纸的石墨结构缺陷少，所述石墨结构缺陷少具体体现在所述柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值小于或等于0.05；且石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构。
本发明提供的上述产品方案既保持了石墨烯的纳米尺度效应，又很好地提升了产品机械强度和导热性。
上述的柔性石墨烯基复合纸，优选的，所述柔性石墨烯基复合纸的厚度控制在微米级或毫米级，厚度为可控的，可薄至几微米，也可厚至几毫米以上，且高分子纤维骨架厚度可控。更优选的，所述石墨烯基体与高分子纤维骨架的质量比控制在5～11︰1。
上述的柔性石墨烯基复合纸，优选的，所述柔性石墨烯基复合纸的导热率在950W/m·K以上，方块电阻为1Ω/sq以下，拉伸强度在28.0MPa以上。通过执行GB/T457-2008纸张耐折度测定方法(MIT法)，折叠角度135°，弯折次数可达100次以上。
本发明的上述技术方案充分利用了高分子纤维骨架和石墨烯基体各自的特点，制备的柔性石墨烯基复合纸不仅具有优异的力学强度，还由于其骨架结构，保持了石墨烯纳米尺度效应，从而表现出优异的导热散热性能。
上述的柔性石墨烯基复合纸，优选的，所选高分子纤维骨架主要由以下高分子纤维构成：括聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚对苯二甲酸对苯二胺纤维(芳纶纤维)、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、羊毛、蚕丝、棉麻中的至少一种。
本发明优选的高分子纤维不但具有优异的力学性能，丰富的表面活性官能团，将其作为石墨烯基复合纸的造纸增强材料，可以增加与基体的接触面积，增强界面结合性能。但高分子材料结构导致的低电导率、导热率限制了其在导热散热领域的应用，本发明将其与石墨烯结合，利用石墨烯诱导石墨化作用，可以很好地解决难石墨化的问题，从而提高高分子纤维复合材料的导电导热性能。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的柔性石墨烯基复合纸的制备方法，包括以下步骤：取已制备好的高分子纤维骨架置于微孔滤膜上，再将配置好的氧化石墨烯分散液倒入高分子纤维骨架上方进行减压抽滤，将减压抽滤后的水凝胶块体可以转移至光滑的玻璃板上，然后经液相挥发自组装得氧化石墨烯/高分子纤维复合纸，再进行还原，后续可选择性压实，高温诱导石墨化即得到产品。
上述的制备方法，优选的，将准备的高分子纤维浆料经过滤、烘干即可得网布状多孔的所述高分子纤维骨架；
所述高分子纤维浆料主要由高分子纤维、粘接剂、分散剂和去离子水组成，其中高分子纤维、粘接剂、分散剂的质量比为0.05～10︰0～15︰0～5；所述高分子纤维、粘接剂、分散剂的总和与去离子水的质量比控制为0.05～20︰100～5000。更优选的，所述粘接剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、羟甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮等水溶性高分子中的一种或几种，或者为聚合物沉析纤维、纸浆木浆等；
所述分散剂可以为聚氧化乙烯、吐温-80、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、海藻酸钠、树胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、焦磷酸钾、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸脂盐中的至少一种；但优选为聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺中的至少一种，因为其水溶性和絮凝性更适合高分子纤维造纸成型，更有利于优化高分子纤维骨架的性能。
上述的制备方法，优选的，所述减压抽滤具体是指向已铺好高分子纤维骨架的微孔滤膜上加入氧化石墨烯分散液进行真空抽滤，待滤饼上方游离的氧化石墨烯分散液即将消失的时候，立刻断开真空系统。
上述的制备方法，优选的，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯是由湿化学法制得，该湿化学法包括电化学氧化法、hummers法、密闭氧化法、改进的hummers法，制得的氧化石墨烯经过洗涤过滤、透析、超声之后配置成氧化石墨烯分散液，该氧化石墨烯分散液的浓度控制为1-15mg/mL。
上述的制备方法，优选的，对所述高分子纤维与氧化石墨烯复合材料进行还原的方法包括还原剂直接化学还原法、高温热处理法、催化还原法、电化学还原法、微波还原法、溶剂热还原法等，但所述还原特别优选采用高温热处理法，所述高温热处理法可在比常规高分子高温石墨化温度(3000℃以上)更低的情况下进行诱导石墨化，本发明的石墨化温度仅为1800℃～2600℃，即可以得到石墨化程度较高的高导热导电复合纸。后续根据产品需求进行压实，压实压力为0-50MPa，从而得到致密的高导热导电复合纸。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述本发明的柔性石墨烯基复合纸在制备散热纸、功能性散热器(例如横向散热器)中的应用。将本发明的柔性石墨烯基复合纸直接用作横向散热器具有很好的导热散热性。
本发明的工艺原理在于：先制备出高分子材料纤维骨架，由高分子纤维浆料经过滤成型制备出厚度可控的均一的高分子材料纤维骨架；然后将一定浓度的氧化石墨烯溶液经抽滤与高分子纤维骨架形成水凝胶块体，再通过液相挥发自组装形成氧化石墨烯/高分子纤维复合纸，从而使氧化石墨烯渗透互穿于纤维骨架之间，形成均匀的三维结构；利用石墨烯的诱导石墨化作用，可在较低温度(1800℃～2600℃)实现宏观材料体系的高度石墨化，该高导热导电复合纸材料兼具高导热散热等优异的性能。
与现有技术相比，本发明的制备方法采用了真空抽滤、液相挥发自组装法和低温诱导石墨化，工艺简单，原材料易得。另外在采用高温碳化还原和石墨化还原高分子纤维与氧化石墨烯复合材料的时候，利用石墨烯的诱导石墨效应，可以形成高度石墨化的微晶结构，同时还保留一维纤维和二维石墨烯的三维桥接结构，从而使得该方法制备的高分子纤维与石墨烯复合材料体现出更优异的机械性能、导电与导热散热性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的聚酰亚胺浆粕纤维骨架数码照片。
图2为本发明实施例1制备的聚酰亚胺浆粕纤维与氧化石墨烯复合材料柔性展示数码照片。
图3为本发明实施例1制备的聚酰亚胺浆粕纤维与石墨烯复合纸还原后的柔性展示数码照片。
图4为本发明实施例1制备的聚酰亚胺浆粕纤维与石墨烯复合纸还原后的面区域扫描电镜照片。
图5为本发明实施例1制备的聚酰亚胺浆粕纤维与石墨烯复合纸还原后的截面扫描电镜照片。
图6为本发明实施例1制备的聚酰亚胺浆粕纤维与石墨烯复合纸还原后的拉曼图谱。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种如图3-图6所示本发明的柔性石墨烯基复合纸，该柔性石墨烯基复合纸包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，该柔性石墨烯基复合纸的石墨结构缺陷少，且在扫描电镜下石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构，石墨烯基体与高分子纤维骨架的质量比控制在约6︰1。该柔性石墨烯基复合纸的厚度控制在50微米。高分子纤维骨架主要由人工合成的聚酰亚胺浆粕纤维构成，纤维长度为3mm。该柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值约为0.002。
本实施例上述的柔性石墨烯基复合纸的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将长度3mm的聚酰亚胺浆粕纤维疏解分散，然后与粘接剂(预分散芳纶沉析纤维)、去离子水按照4︰1︰800的质量比配制成一定浓度的悬浮液，中速搅拌，得到均一的聚酰亚胺浆粕纤维浆料；
(2)采用密闭氧化法制备氧化石墨烯：将原料和反应釜先于冰箱冷藏，称取1.8g石墨和9g高锰酸钾，放入釜胆中；量取约90mL浓硫酸倒入釜中，盖好釜盖后，冰浴反应2小时，75℃反应2小时。再经洗涤、过滤、透析、超声等过程后配置成3mg/ml的氧化石墨烯分散液；
(3)将所得的聚酰亚胺浆粕纤维浆料经真空过滤，90℃、真空干燥5min得网布状多孔高分子纤维骨架(参见图1)后，转移到0.45μm的醋酸纤维素微孔滤膜上，然后加入上述制得的氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与聚酰亚胺纤维的质量比控制为6︰1，经真空抽滤，待滤饼上方游离的氧化石墨烯分散液即将消失的时候，立刻断开真空系统；使氧化石墨烯与前述高分子纤维骨架形成相互穿透交织的水凝胶块体；水凝胶块体经液相挥发自组装，即得到聚酰亚胺浆粕纤维与氧化石墨烯复合材料(参见图2)；
(4)将制得的聚酰亚胺纤维与氧化石墨烯复合材料进行高温还原，在2300℃下氩气保护高温处理2.5h，再经过常温、5Mpa、3h压实，得到如图3-图6所示的高导热导电的柔性石墨烯基复合纸。
经检测，本实施例制得的柔性石墨烯基复合纸的测试厚度为50μm，导热率为1480W/m·K，方块电阻为535mΩ/sq，拉伸强度为78.68MPa，拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值为0.002。通过执行纸张耐折度测定方法，折叠角度135°，弯折次数可达500次以上。
为考察该本发明柔性石墨烯基复合纸在实际使用时的散热效果，我们设计了电子芯片测试系统。通过加载功率，可以用来模拟功率芯片的局部热点，采用温度测量系统并结合高精度红外测温仪实时监控体系温度来比较铜箔、市售石墨膜和本发明柔性石墨烯基复合纸的导热散热情况。该测试系统由纸状散热器(由导电膏、铜箔、石墨膜、本发明复合纸组成)、恒温箱、模拟芯片(微型可控功率电热器)及其运行系统和温度测量系统(安捷伦34970A数据采集仪和福禄克Ti00红外测温系统)组成。为了直观表征柔性石墨烯基复合纸的散热能力，我们直接将铜箔、石墨膜、本发明柔性石墨烯基复合纸用导电膏粘附于芯片上(芯片与散热器尺寸比为1:10)，将测试系统置于25℃恒温箱里，在5W、10W、15W、20W恒定功率下统计模拟芯片发热表面的温度。
经以上检测后发现，5、10W功率下，热功率较小，发热量低，通过纸状散热器面内热导把局部热点均匀导向四周、以及表面的空气自然对流换热过程可以很快将芯片所产生的热量散失掉，持续发热40min后，芯片表面温度约为：铜箔38℃、48℃，石墨膜35℃、46℃，本发明柔性石墨烯基复合纸32℃、40℃；15W、20W功率下持续发热40min后，芯片表面温度约为：铜箔70℃、80℃，石墨膜64℃、78℃，本发明复合纸55℃、60℃。通过对不同恒定功率条件下电子芯片的表面温度的变化规律观察，可以看出，本发明柔性石墨烯基复合纸具有很好的导热散热能力，可在各种散热器(例如横向散热器)中进行应用且效果优异，还可直接用作手机、电脑或其他元件的散热纸，或组装成功能性散热器进一步拓展应用，亦可在军工国防等极端条件下为器件的导热散热服务。
实施例2：
一种本发明的柔性石墨烯基复合纸，该柔性石墨烯基复合纸包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，该柔性石墨烯基复合纸的石墨结构缺陷少，且在扫描电镜下石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构，石墨烯基体与高分子纤维骨架的质量比控制在约8︰1。该柔性石墨烯基复合纸的厚度控制在50微米，高分子纤维骨架主要由人工合成的芳纶短切纤维(对苯二甲酸对苯二胺纤维)构成，其长度为10mm。该柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值约为0.01。
本实施例上述的柔性石墨烯基复合纸的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将长度10mm的芳纶短切纤维疏解分散，然后与粘接剂(聚乙烯醇)、分散剂(聚丙烯酰胺)、去离子水按照3︰5︰1︰1000的质量比配制成一定浓度的悬浮液，其中聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、去离子水事先按3:1:1000配成水溶液，中速搅拌，得到均一的芳纶短切纤维浆料；
(2)采用密闭氧化法制备氧化石墨烯：将原料和反应釜先于冰箱冷藏，称取1.8g石墨和9g高锰酸钾，放入釜胆中；量取约90mL浓硫酸倒入釜中，盖好釜盖后，冰浴反应2小时，75℃反应2小时；氧化石墨经过洗涤、过滤、透析、超声过程后配置成6mg/ml的氧化石墨烯分散液；
(3)将所得的芳纶短切纤维浆料经真空过滤，90℃、真空干燥5min得网布状多孔高分子纤维骨架后小心转移到0.22μm的醋酸混纤微孔滤膜上，然后加入上述制得的氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与芳纶短切纤维的质量比控制为8︰1，经真空抽滤，待滤饼上方游离的氧化石墨烯分散液即将消失的时候，立刻断开真空系统；使氧化石墨烯与前述高分子纤维骨架形成相互穿透交织的水凝胶块体；水凝胶块体经液相挥发自组装，即得到芳纶短切纤维与氧化石墨烯复合材料；
(4)将制得的芳纶短切纤维与氧化石墨烯复合材料进行高温还原，在2600℃下氩气保护高温处理2h，得到高导热导电的柔性石墨烯基复合纸。
经检测，本实施例制得的柔性石墨烯基复合纸的测试厚度为50μm，导热率为1572W/m·K，方块电阻为128mΩ/sq，拉伸强度为92.8MPa，拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值为0.01。通过执行纸张耐折度测定方法，折叠角度135°，弯折次数可达600次以上。本实施例制备得到的柔性石墨烯基复合纸在制备横向散热器中进行应用后效果良好。
实施例3：
一种本发明的柔性石墨烯基复合纸，该柔性石墨烯基复合纸包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，该柔性石墨烯基复合纸的石墨结构缺陷少，且在扫描电镜下石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构，石墨烯基体与高分子纤维骨架的质量比控制在约8︰1。该柔性石墨烯基复合纸的厚度控制在15微米。高分子纤维骨架主要由人工合成的蚕丝构成，其长度为10mm左右。该柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值约为0.01。
本实施例上述的柔性石墨烯基复合纸的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将长度10mm左右的蚕茧碎片，经脱胶烘干后得到直径约10～25μm直径的丝素，然后与分散剂(聚氧化乙烯)、去离子水按照5︰2︰800的质量比配制成一定浓度的悬浮液，中速搅拌，得到均一的蚕丝丝素浆料；
(2)采用电化学氧化法制备氧化石墨烯，氧化石墨经过洗涤、过滤、透析、超声等过程后配置成4mg/ml的氧化石墨烯分散液；
(3)将所得的蚕丝丝素浆料经过滤，40℃干燥得网布状多孔高分子纤维骨架后小心转移到0.22μm的尼龙微孔滤膜上，然后加入上述制得的氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与蚕丝丝素的质量比控制为8︰1，经真空抽滤，待滤饼上方游离的氧化石墨烯分散液即将消失的时候，立刻断开真空系统；使氧化石墨烯与前述高分子纤维骨架形成相互穿透交织的水凝胶块体；水凝胶块体经液相挥发自组装，即得到蚕丝丝素与氧化石墨烯复合材料；
(4)将制得的蚕丝丝素与氧化石墨烯复合材料在2600℃下氩气保护高温处理2h，经过150℃、5MPa、5小时热压压实后得到高导热导电的柔性石墨烯基复合纸。
经检测，本实施例制得的柔性石墨烯基复合纸的测试厚度为15μm，导热率为1380W/m·K，方块电阻为260mΩ/sq，拉伸强度为58.3MPa，拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值为0.01。通过执行纸张耐折度测定方法，折叠角度135°，弯折次数可达800次以上。本实施例制备得到的柔性石墨烯基复合纸在制备横向散热器中进行应用后效果良好。
实施例4：
一种本发明的柔性石墨烯基复合纸，该柔性石墨烯基复合纸包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，该柔性石墨烯基复合纸的石墨结构缺陷少，且在扫描电镜下石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构，石墨烯基体与高分子纤维骨架的质量比控制在约6︰1。该柔性石墨烯基复合纸的厚度控制在100微米，高分子纤维骨架主要由芳纶短切纤维构成，其长度为10mm。该柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值约为0.02。
本实施例上述的柔性石墨烯基复合纸的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将长度10mm的芳纶短切纤维疏解分散，然后与粘接剂(预分散芳纶沉析纤维)、去离子水按照5︰2︰800的质量比配制成一定浓度的悬浮液，中速搅拌，得到均一的芳纶短切纤维浆料；
(2)采用改进的hummers法制备氧化石墨烯，氧化石墨经过洗涤、过滤、透析、超声等过程后配置成5mg/ml的氧化石墨烯分散液；
(3)将所得的芳纶短切纤维浆料经过滤，40℃干燥得网布状多孔高分子纤维骨架后小心转移到0.45μm的尼龙微孔滤膜上，然后加入上述制得的氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与芳纶短切纤维的质量比控制为6︰1，经真空抽滤，待滤饼上方游离的氧化石墨烯分散液即将消失的时候，立刻断开真空系统；使氧化石墨烯与前述高分子纤维骨架形成相互穿透交织的水凝胶块体；水凝胶块体经液相挥发自组装，即得到芳纶短切纤维与氧化石墨烯复合材料；
(4)将制得的芳纶短切纤维与氧化石墨烯复合材料在1800℃高温处理2小时进行还原，再经过10MPa、5小时、室温热压压实后，得到高导热导电的柔性石墨烯基复合纸。
经检测，本实施例制得的柔性石墨烯基复合纸的测试厚度为100μm，导热率为985W/m·K，方块电阻为680mΩ/sq，拉伸强度为48.6MPa，拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值为0.02。通过执行纸张耐折度测定方法，折叠角度135°，弯折次数可达200次以上。本实施例制备得到的柔性石墨烯基复合纸在制备横向散热器中进行应用后效果良好。
对比例：
一种柔性石墨烯基复合纸，该柔性石墨烯基复合纸包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，该柔性石墨烯基复合纸的石墨结构缺陷少，且在扫描电镜下石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构，石墨烯基体与高分子纤维骨架的质量比控制在约10︰1。该柔性石墨烯基复合纸的厚度控制在60微米，高分子纤维骨架主要由人工合成的聚酰亚胺短切纤维构成，其长度为3mm。该柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值约为0.05。
上述的柔性石墨烯基复合纸的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将长度3mm的聚酰亚胺短切纤维疏解分散，然后与粘接剂(聚乙烯醇)、分散剂(聚氧化乙烯)、去离子水按照2︰4︰1︰1000的质量比配制成一定浓度的悬浮液，其中聚乙烯醇、聚氧化乙烯、去离子水事先按3:1:1000配成水溶液，中速搅拌，得到均一的聚酰亚胺短切纤维浆料；
(2)采用改进的hummers法制备氧化石墨烯，氧化石墨经过洗涤、过滤、透析、超声等过程后配置成6mg/ml的氧化石墨烯分散液；
(3)将所得的聚酰亚胺短切纤维浆料经真空过滤，90℃、真空干燥5min得网布状多孔高分子纤维骨架后，小心转移到0.45μm的醋酸纤维素微孔滤膜上，然后加入上述制得的氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与聚酰亚胺纤维的质量比控制为10︰1，经真空抽滤，待滤饼上方游离的氧化石墨烯分散液即将消失的时候，立刻断开真空系统；使氧化石墨烯与前述高分子纤维骨架形成相互穿透交织的水凝胶块体；水凝胶块体经液相挥发自组装，即得到聚酰亚胺短切纤维与氧化石墨烯复合材料；
(4)将制得的聚酰亚胺短切纤维与氧化石墨烯复合材料浸泡在55％氢碘酸-冰乙酸混合酸里进行直接化学还原，还原温度40℃，24h后取出，经过饱和碳酸氢钠、水、甲醇洗涤后，得到柔性石墨烯基复合纸。
经检测，本对比例制得的柔性石墨烯基复合纸的测试厚度为60μm，导热率为468W/m·K，方块电阻为1.3kΩ/sq，拉伸强度为120.5MPa，拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值为0.05。通过执行纸张耐折度测定方法，折叠角度135°，弯折次数可达100次以上。作为对比实施实例，本实施例基于化学还原剂直接还原法，该法制备的导热系数和导电性能明显低于高温石墨化法制备的复合纸。这一方面是高分子纤维本身为低导热导电材料，另外表层还原氧化石墨烯的导热性能也低于高温石墨化的石墨烯。

Claims (10)

1.一种柔性石墨烯基复合纸，其特征在于，所述柔性石墨烯基复合纸包括高分子纤维骨架和石墨烯基体，所述柔性石墨烯基复合纸的石墨结构缺陷少，所述石墨结构缺陷少具体体现在所述柔性石墨烯基复合纸在拉曼光谱中的D峰强度和G峰强度的比值ID/IG值小于或等于0.05；且石墨烯基体与高分子纤维骨架形成互穿网络的搭扣结构。
2.根据权利要求1所述的柔性石墨烯基复合纸，其特征在于，所述石墨烯基体与高分子纤维骨架的质量比控制在5～11︰1。
3.根据权利要求1所述的柔性石墨烯基复合纸，其特征在于，所述柔性石墨烯基复合纸的导热率在950W/m·K以上，方块电阻为1Ω/sq以下，拉伸强度在28.0MPa以上；通过执行纸张耐折度测定方法，折叠角度135°，弯折次数可达100次以上。
4.根据权利要求1所述的柔性石墨烯基复合纸，其特征在于，所选高分子纤维骨架主要选用以下高分子纤维中的至少一种：聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚对苯二甲酸对苯二胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、羊毛、蚕丝、棉麻。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的柔性石墨烯基复合纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取已制备好的高分子纤维骨架置于微孔滤膜上，再将配置好的氧化石墨烯分散液倒入高分子纤维骨架上方进行减压抽滤，然后将减压抽滤后的水凝胶块体经液相挥发自组装得氧化石墨烯/高分子纤维复合纸，再进行还原，后续可选择性压实，高温诱导石墨化即得到产品。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将准备的高分子纤维浆料经过滤、烘干即可得网布状多孔的所述高分子纤维骨架；
所述高分子纤维浆料主要由高分子纤维、粘接剂、分散剂和去离子水组成，其中高分子纤维、粘接剂、分散剂的质量比为0.05～10︰0～15︰0～5；所述高分子纤维、粘接剂、分散剂的总和与去离子水的质量比控制为0.05～20︰100～5000。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述粘接剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、羟甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种，或者为聚合物沉析纤维，或者为纸浆木浆；
所述分散剂为聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺中的至少一种。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述减压抽滤具体是指向已铺好高分子纤维骨架的微孔滤膜上加入氧化石墨烯分散液进行真空抽滤，待滤饼上方游离的氧化石墨烯分散液即将消失的时候，立刻断开真空系统；
所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯是由湿化学法制得，该湿化学法包括电化学氧化法、hummers法、密闭氧化法，制得的氧化石墨烯经过洗涤过滤、透析、超声之后配置成氧化石墨烯分散液，该氧化石墨烯分散液的浓度控制为1-15mg/mL。
9.根据权利要求5～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原采用高温热处理法，所述高温热处理法的石墨化温度为1800℃～2600℃。
10.一种如权利要求1～4所述的或如权利要求5～9中任一项制备得到的柔性石墨烯基复合纸在制备散热纸、功能性散热器中的应用。
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