阅读说明：本技术 一种硼化石墨烯高导热浆料及其制备方法 (Boronized graphene high-thermal-conductivity slurry and preparation method thereof ) 是由 陈大波 冯于界 林勇 徐佳伟 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种硼化石墨烯高导热浆料及其制备方法,该硼化石墨烯高导热浆料由以下步骤制得：首先先制得硼化石墨烯,并利用硅烷偶联剂对硼化石墨烯进行改性,以获得功能性硼化石墨烯分散液；在搅拌状态下,向功能性硼化石墨烯分散液中加入纳米二氧化硅粒子,混合30-120分钟按质量份计,将3-5份含有1.5％-3.5％的硼化石墨烯的功能性硼化石墨烯分散液,与20-30份有机溶剂,4-8份的助剂和补足至80份的纳米二氧化硅粒子采用三维混合技术,充分混合均匀,得到硼化石墨烯高导热浆料。从而提高了浆料与基板的结合力,表现出良好的附着力,提高导热材料的品质性。(The invention provides boronized graphene high-thermal-conductivity slurry and a preparation method thereof, wherein the boronized graphene high-thermal-conductivity slurry is prepared by the following steps: firstly, preparing boronized graphene, and modifying the boronized graphene by using a silane coupling agent to obtain a functional boronized graphene dispersion liquid; under the stirring state, adding nano silicon dioxide particles into the functional boronized graphene dispersion liquid, mixing for 30-120 minutes, and fully and uniformly mixing 3-5 parts of the functional boronized graphene dispersion liquid containing 1.5% -3.5% of boronized graphene, 20-30 parts of organic solvent, 4-8 parts of auxiliary agent and nano silicon dioxide particles which are complemented to 80 parts by mass by adopting a three-dimensional mixing technology to obtain the boronized graphene high-thermal-conductivity slurry. Thereby improving the binding force between the slurry and the substrate, showing good adhesive force and improving the quality of the heat conduction material.)

一种硼化石墨烯高导热浆料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及新材料制备技术领域，尤其涉及一种硼化石墨烯高导热浆料及其制备方法。

【背景技术】

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积而成的二维晶体材料，具有良好的导电与导热性能。随着石墨烯材料性能的不断开发，其优异的机械性能、导热性能和导电性能，在很多方面起着无可替代的作用，尤其是近年来石墨烯发热材料、石墨烯防腐涂料、石墨烯电池材料得到极大的发展。

但是由于石墨烯的片与片之间范德华力较大，很容易出现团聚现象，使其难溶于水及其它常用的有机溶剂。此外，石墨烯除了本身在很多聚合物中溶解性较差外，在基体中的分散性也有待提高，为了提高石墨烯在多种情况下的应用范围，需要对其进行改性，调节其性能和结构。

【

发明内容

】

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种硼化石墨烯高导热浆料及其制备方法，以进一步提高导热材料的性能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种硼化石墨烯高导热浆料，其特征在于，其由以下步骤制备得到：

将氧化还原石墨烯和硼酸加入无水乙醇中，超声搅拌均匀分散获得混合材料，并将混合材料40℃烘干后，将所述混合材料在氩气环境中，温度在900℃进行热解4h，获得硼化石墨烯；

利用硅烷偶联剂对硼化石墨烯进行改性，通过硅烷偶联剂与硼化石墨烯反应得到功能性硼化石墨烯，并将功能性膨化石墨烯经过超声处理分散在N-甲基吡咯烷酮溶液中，形成功能性硼化石墨烯分散液；

在搅拌状态下，向功能性硼化石墨烯分散液中加入纳米二氧化硅粒子，混合30-120分钟；

按质量份计，将3-5份含有1.5％-3.5％的硼化石墨烯的功能性硼化石墨烯分散液，与20-30份有机溶剂，4-8份的助剂和补足至80份的纳米二氧化硅粒子采用三维混合技术，通过公转和自转产生的剪切力，实现充分混合均匀，得到硼化石墨烯高导热浆料。

在本发明的一实施例中，所述硼化石墨烯的制备方法包括：

将氧化还原石墨烯和硼酸按质量5：1加入到无水乙醇中，进行超声搅拌2-4h,获得混合材料；

将所述混合材料在40℃条件下烘干后，将所述混合材料放入氩气热解箱中；

在氩气氛围中，900℃温度条件下，对所述混合材料进行热解4h，自然冷却获得硼化石墨烯。

在本发明的一实施例中，所述硅烷偶联剂为A171，A172，A151中的一种。

在本发明的一实施例中，所述纳米二氧化硅粒子的制备方法包括：

按体积4：4：7的比例分别将异丙醇，氨水和蒸馏水持续混合搅拌 1h；

在搅拌过程中，均匀加入正硅酸乙酯溶液，搅拌反应6h；

离心得到白色二氧化硅，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，50℃烘干，获得纳米二氧化硅粒。

在本发明的一实施例中，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、卡必醇的一种或几种。

在本发明的一实施例中，包括以下步骤：

a)将氧化还原石墨烯和硼酸加入无水乙醇中，超声搅拌均匀分散获得混合材料，并将混合材料40℃烘干后，将所述混合材料在氩气环境中，温度在900℃进行热解4h，获得硼化石墨烯；

b)利用硅烷偶联剂对硼化石墨烯进行改性，通过硅烷偶联剂与硼化石墨烯反应得到功能性硼化石墨烯，并将功能性膨化石墨烯经过超声处理分散在N-甲基吡咯烷酮溶液中，形成功能性硼化石墨烯分散液；

c)在搅拌状态下，向功能性硼化石墨烯分散液中加入纳米二氧化硅粒子，混合30-120分钟；

d)按质量份计，将3-5份含有1.5％-3.5％的硼化石墨烯的功能性硼化石墨烯分散液，与20-30份有机溶剂，4-8份的助剂和补足至80份的纳米二氧化硅粒子采用三维混合技术，通过公转和自转产生的剪切力，实现充分混合均匀，得到硼化石墨烯高导热浆料。

在本发明的一实施例中，在步骤a)中，进一步包括步骤：

a1)将氧化还原石墨烯和硼酸按质量5：1加入到无水乙醇中，进行超声搅拌2-4h,获得混合材料；

a2)将步骤a1)中的所述混合材料在40℃下烘干后，将所述混合材料放入氩气热解箱中；

a3)在氩气氛围中，在900℃温度条件下，对所述混合材料进行热解 4h，自然冷却获得硼化石墨烯。

在本发明的一实施例中，所述硅烷偶联剂为A171，A172，A151中的一种。

在本发明的一实施例中，在步骤c)中，所述纳米二氧化硅粒子的制备方法为：

按体积4：4：7的比例分别将异丙醇，氨水和蒸馏水持续混合搅拌 1h；

在搅拌过程中，均匀加入正硅酸乙酯溶液，搅拌反应6h；

离心得到白色二氧化硅，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，50℃烘干，获得纳米二氧化硅粒子。

在本发明的一实施例中，在步骤d)中的所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、卡必醇的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的将硼掺杂到石墨烯材料中，制成硼化石墨烯，并制成硼化石墨烯复合浆料，提高了石墨烯材料的分散性，不易发生团聚现象，并且增强了发热浆料中石墨烯材料与导电剂和粘剂的相容性，提高了浆料与基板的结合力，表现出良好的附着力，提高导热材料的品质性。

【

具体实施方式

】

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

为了对石墨烯进行改性，以提升其性能，通过研究发现，硼烯独特的二维六角蜂窝状结构赋予其狄拉克锥的能带结构和新奇量子效应。硼原子具有很强的缺电子特性，在于石墨烯材料结合的复合的过程中，可以取代部分碳原子并且不会改变石墨烯结构，对于石墨烯来说，硼可能是一种非常合适的掺杂物质。硼原子半径很接近碳原子，硼化后的石墨烯不会出现很大的结构畸变，但硼原子比碳原子少一个电子，硼化后的石墨烯材料，不但会比较蓬松，出现较多的褶皱，石墨烯颗粒间容易形成多孔结构，而且由于硼电子的缺电子性，硼化后的石墨烯带电性增加，从而可以大大提高石墨烯与有机-无机材料的结合，从而提高复合材料的性能。因此，本发明提供了一种硼化石墨烯高导热浆料及其制备方法。

本发明提供的硼化石墨烯高导热浆料的制备方法，包括步骤：

a)将氧化还原石墨烯和硼酸加入无水乙醇中，超声搅拌均匀分散获得混合材料，并将混合材料40℃烘干后，将所述混合材料在氩气环境中，温度在900℃进行热解4h，获得硼化石墨烯。

b)利用硅烷偶联剂对硼化石墨烯进行改性，通过硅烷偶联剂与硼化石墨烯反应得到功能性硼化石墨烯，并将功能性膨化石墨烯经过超声处理分散在N-甲基吡咯烷酮溶液中，形成功能性硼化石墨烯分散液。

c)在搅拌状态下，向功能性硼化石墨烯分散液中加入纳米二氧化硅粒子，混合30-120分钟。

d)按质量份计，将3-5份含有1.5％-3.5％的硼化石墨烯的功能性硼化石墨烯分散液，与20-30份有机溶剂，4-8份的助剂和补足至80份的纳米二氧化硅粒子采用三维混合技术，通过公转和自转产生的剪切力，实现充分混合均匀，得到硼化石墨烯高导热浆料。

在步骤a)中，获得膨化石墨烯可以进一步包括步骤：

a1)将氧化还原石墨烯和硼酸按质量5：1加入到无水乙醇中，进行超声搅拌2-4h,获得混合材料；

a2)将步骤a1)中的所述混合材料在40℃下烘干后，将所述混合材料放入氩气热解箱中；

a3)在氩气氛围中，在900℃温度条件下，对所述混合材料进行热解 4h，自然冷却获得硼化石墨烯。

在本发明的一实施例中，所述硅烷偶联剂可以为A171，A172，A151 中的一种，这里，所谓A171为乙烯基三甲氧基硅烷；所谓A172为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，所谓A151为乙烯基三乙氧基硅烷。

在步骤c)中，所述纳米二氧化硅粒子的制备方法可以为：

按体积4：4：7的比例分别将异丙醇，氨水和蒸馏水持续混合搅拌 1h；

在搅拌过程中，均匀加入正硅酸乙酯溶液，搅拌反应6h；

离心得到白色二氧化硅，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，50℃烘干，获得纳米二氧化硅粒子。

在本发明的一实施例中，在步骤d)中的所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、卡必醇的一种或几种。

下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明：

实施例1

(1)将氧化还原石墨烯和硼酸加入无水乙醇中，超声搅拌均匀分散， 40℃烘干后，将混合材料在氩气状况900℃高温热解4h，获得硼化石墨烯。

(2)利用硅烷偶联剂对硼化石墨烯进行改性，通过偶联剂与硼化石墨烯反应得到功能性硼化石墨烯，功能化石墨烯经过超声处理分散在NMP溶液中，形成功能性硼化石墨烯分散液。

(3)在搅拌状态下向功能性硼化石墨烯分散液中加入纳米二氧化硅粒子，混合30分钟。

(4)按质量份计，将3份含有1.5％的硼化石墨烯的功能性硼化石墨烯分散液，与20份有机溶剂，4份的助剂和补足至80份的纳米二氧化硅粒子采用三维混合技术，通过公转和自转产生的剪切力，实现充分混合均匀，得到硼化石墨烯高导热浆料。

根据要求，所述硼化石墨烯的制备方法包括：

将氧化还原石墨烯和硼酸按质量5：1加入到无水乙醇中，进行超声搅拌2h获得混合材料；将混合材料在40℃条件下烘干后，将混合材料放入氩气热解箱中；在氩气氛围中，900℃温度条件下，对混合材料进行热解4h，然后自然冷却收集硼化石墨烯。

步骤(2)中的硅烷偶联剂为A171,A171为乙烯基三甲氧基硅烷。步骤 (2)中的NMP溶液为N-甲基吡咯烷酮溶液。

在步骤(3)中所述纳米二氧化硅粒子的制备方法包括：

按体积4：4：7比例取IPA，氨水和蒸馏水持续搅拌1h。在搅拌过程中，均匀加入TEOS溶液，搅拌反应6h，然后离心得到白色二氧化硅，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，50℃烘干，进而得到纳米二氧化硅粒子。这里，IPA为异丙醇，TEOS溶液为正硅酸乙酯溶液。

在步骤(4)中的有机溶剂为乙醇。

对上述方法制备的硼化石墨烯浆料试样分别进行以下性能的测试，得到表1。

表1：

实施例2

(1)将氧化还原石墨烯和硼酸加入无水乙醇中，超声搅拌均匀分散，40℃烘干后，将混合材料在氩气状况900℃高温热解4h，获得硼化石墨烯。

(2)利用硅烷偶联剂对硼化石墨烯进行改性，通过偶联剂与硼化石墨烯反应得到功能性硼化石墨烯，功能化石墨烯经过超声处理分散在NMP 溶液中，形成功能性硼化石墨烯分散液。

(3)在搅拌状态下向功能性硼化石墨烯分散液中加入纳米二氧化硅粒子，混合60分钟。

(4)按质量份计，将4份含有2.5％的硼化石墨烯的功能性硼化石墨烯分散液，与25份有机溶剂，6份的助剂和补足至80份的纳米二氧化硅粒子采用三维混合技术，通过公转和自转产生的剪切力，实现充分混合均匀，得到硼化石墨烯高导热浆料。

根据要求，所述硼化石墨烯制备方法包括：将氧化还原石墨烯和硼酸按质量5：1加入到无水乙醇中，进行超声搅拌3h获得混合材料；在将混合材料在40℃条件下烘干后，将混合材料放入氩气热解箱中；在氩气氛围中，900℃温度条件下，对混合材料进行热解4h，然后自然冷却收集硼化石墨烯。

步骤(2)中的硅烷偶联剂A172。步骤b)中的NMP溶液为N-甲基吡咯烷酮溶液。

在步骤(3)中所述纳米二氧化硅粒子的制备方法包括：

按体积4：4：7比例取IPA，氨水和蒸馏水持续搅拌1h；在搅拌过程中，均匀加入TEOS溶液，搅拌反应6h；然后离心得到白色二氧化硅，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，50℃烘干进而获得纳米二氧化硅粒子。这里，IPA为异丙醇，TEOS溶液为正硅酸乙酯溶液。

在步骤(4)中的有机溶剂为乙二醇。

对上述方法制备的硼化石墨烯浆料试样分别进行以下性能的测试，如下表2所示：

表2：

实施例3:

(1)将氧化还原石墨烯和硼酸加入无水乙醇中，超声搅拌均匀分散，40℃烘干后，将混合材料在氩气状况900℃高温热解4h，获得硼化石墨烯。

(2)利用硅烷偶联剂对硼化石墨烯进行改性，通过偶联剂与硼化石墨烯反应得到功能性硼化石墨烯，功能化石墨烯经过超声处理分散在NMP 溶液中，形成功能性硼化石墨烯分散液。

(3)在搅拌状态下向功能性硼化石墨烯分散液中加入纳米二氧化硅粒子，混合120分钟。

(4)按质量份计，将5份含有3.5％的硼化石墨烯的功能性硼化石墨烯分散液，与30份有机溶剂，8份的助剂和补足至80份的纳米二氧化硅粒子采用三维混合技术，通过公转和自转产生的剪切力，实现充分混合均匀，得到硼化石墨烯高导热浆料。

根据要求，所述硼化石墨烯的制备方法包括：

所述硼化石墨烯制备方法包括：将氧化还原石墨烯和硼酸按质量5： 1加入到无水乙醇中，进行超声搅拌3h获得混合材料；在将混合材料在 40℃条件下烘干后，将混合材料放入氩气热解箱中；在氩气氛围中， 900℃温度条件下，对混合材料进行热解4h，然后自然冷却收集硼化石墨烯。

步骤(2)中的硅烷偶联剂A151。步骤b)中的NMP溶液为N-甲基吡咯烷酮溶液。

在步骤(3)中所述纳米二氧化硅粒子的制备方法包括：

按体积4：4：7比例将IPA，氨水和蒸馏水持续混合搅拌1h；在搅拌过程中，均匀加入TEOS溶液，搅拌反应6h；然后离心得到白色二氧化硅，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，50℃烘干进而获得纳米二氧化硅粒子。这里，IPA为异丙醇，TEOS溶液为正硅酸乙酯溶液。

在步骤(4)中的有机溶剂为卡必醇。

对上述方法制备的硼化石墨烯浆料试样分别进行以下性能的测试，如下表 3所示：

表3：

从表1至表3中可以看出，本发明提供的硼化石墨烯导热浆料具有良好的附着力。将上述实施例1-3所制备到的硼化石墨烯高导热浆料与聚酰亚胺膜进行交叉堆叠碳化后，制得硼化石墨烯导热膜，测量导热系数达到 2200W/m·k，表现出优异的导热特性。将该导热膜用于远红外发热源进行测试，可将其15秒内升温至150摄氏度，具有持续的发热功能，并且产生稳定远红外光波。

本领域的技术人员应理解，上述描述的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。