本發(fā)明屬于材料加工領域，具體涉及石墨烯/導熱粉體復合材料及其制備方法。

背景技術：

1、電子設備中迅速增加的功率密度使有效的散熱成為信息、通信和能源存儲技術進步的關鍵問題。下一代集成電路、三維集成和超快高功率密度通信器件的發(fā)展對熱管理要求極高。熱界面材料主要用于兩種材料接合或接觸時填補由配合表面不完美的表面光潔度造成的空隙和凹槽，目前普遍應用于集成電路封裝和電子散熱。熱界面材料由基體和導熱填料構成，導熱填料具有極佳的散熱性能，大量填充在基體中以構建四通八達的導熱通路。對于填充型導熱復合材料來說，基體的導熱性能普遍較差，復合材料的熱導率主要取決于導熱填料的熱導率及其在復合材料中的作用。因此，導熱填料是影響高分子復合材料熱導率的關鍵因素。但是傳統(tǒng)的導熱填料由于粉體自身熱導率的限制，難以滿足日益增長的熱管理需求，成為了熱界面材料熱導率提升亟待解決的難題。

2、研究表明，石墨烯具有目前已知材料中最高的導熱系數(shù)，其面內(nèi)熱導率高達5300w/(m·k)。石墨烯作為單層碳原子晶體，其低維結構可顯著削減晶界處聲子的邊界散射，并賦予其特殊的聲子模式，表現(xiàn)出優(yōu)異的導熱特性，石墨烯依靠特殊的聲子模式進行熱傳輸，聲子是晶格振動簡正模能量量子，它以彈道-擴散的方式傳遞熱量。且石墨烯具有潤滑效果，可以提高導熱填料的填充量，但是單獨石墨烯導熱填料也存在著易團聚，難分散，前驅體粘度急速升高，可加工性劣化，并且制備形成的復合材料的機械性能的極度劣化的問題。

3、目前，已有的石墨烯/導熱粉體復合材料的制備方法主要包括機械混合法、溶液混合法、原位生長法等。其中，機械混合法是將石墨烯和導熱粉體直接混合，通過球磨、研磨等方式實現(xiàn)均勻混合。該方法簡單易行，但石墨烯和導熱粉體之間的界面結合較弱，影響了復合材料的導熱性能。溶液混合法是將石墨烯和導熱粉體分散在溶劑中，通過攪拌、超聲等方式實現(xiàn)均勻混合。該方法能夠得到較好的分散效果，但溶劑的揮發(fā)和殘留會對復合材料的性能產(chǎn)生影響。原位生長法是在石墨烯表面生長導熱粉體，通過化學反應實現(xiàn)石墨烯和導熱粉體的緊密結合。該方法能夠得到高性能的復合材料，但制備過程復雜，成本較高。并且傳統(tǒng)的化學氣相沉積工藝在粉體表面原位生長石墨烯層存在粉體表面包覆的石墨烯層均勻性差、產(chǎn)能低和成本高等問題。此外，傳統(tǒng)的化學氣相沉積工藝需要較高的氫氣流量，這是因為氫氣能夠刻蝕掉石墨烯表面的雜質相，有效提升粉體表面原位生長石墨烯層的均勻性，但是氫氣屬于高危氣體，尤其在高流量情況下極易爆炸，不適用于石墨烯/導熱粉體復合材料的工業(yè)化、批量化制備。

技術實現(xiàn)思路

1、為克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種石墨烯/導熱粉體復合材料及其制備方法。

2、本發(fā)明提供一種石墨烯/導熱粉體復合材料的制備方法，通過流化床化學氣相沉積法在導熱粉體表面直接生長石墨烯得到石墨烯包覆導熱粉體復合材料。

3、根據(jù)本發(fā)明一實施方式，化學氣相沉積反應中碳源前驅體和氫氣的流量比1:(0.02-40)，反應溫度為600-1700℃。優(yōu)選的，碳源前驅體和氫氣的流量比為1:(0.02-30)。

4、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，化學氣相沉積反應還包含非金屬粉體催化劑。

5、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述導熱粉體為α-氧化鋁、單晶氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鎂、碳化硅、氮化硅中的一種或幾種；所述非金屬粉體催化劑為具有多孔結構的γ-氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯中的一種或多種。

6、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述導熱粉體為α-氧化鋁或單晶氧化鋁，所述非金屬粉體催化劑為多孔γ-氧化鋁。

7、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，包括以下步驟：(1)向流化床反應器內(nèi)加入均勻混合的導熱粉體和非金屬粉體催化劑，所述導熱粉體與所述非金屬粉體催化劑的粒徑不同；(2)在氬氣或氮氣的保護氣氛下將所述流化床反應器加熱到600-1100℃，所述流化床反應器為鼓泡床、湍動床或快速流化床；(3)通入碳源前驅體和氫氣的混合氣，所述碳源前驅體和氫氣的流量比1:(0.02-30)，生長時間1min-2h；(4)在保護氣氛下降溫至常溫，將制得的混合粉體取出，篩分去除所述非金屬粉體催化劑，得到所述石墨烯/導熱粉體復合材料。優(yōu)選的，所述碳源前驅體和氫氣的流量比1:(0.02-3)。

8、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述非金屬粉體催化劑的質量用量w1與所述導熱粉體質量w2的比值為0<w1/w2≤50％。

9、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述導熱粉體的粒徑為50nm～100μm；所述非金屬粉體催化劑的粒徑≥40μm，且所述非金屬粉體催化劑的粒徑大于所述導熱粉體的粒徑。

10、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述流化床化學氣相沉積反應還包含遠程催化劑，所述遠程催化劑為cu、ni、au、pt、fe、ga、co金屬單質箔或合金箔中的一種或多種，所述遠程催化劑固定于流化床反應器進氣口上方的內(nèi)壁處。

11、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述流化床化學氣相沉積反應中還通入空氣、氧氣、水蒸汽、甲醇、硅烷、鍺烷和氟化物中的一種或多種作為氣相助劑。

12、根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述碳源前驅體為甲烷、乙炔、乙烯、丙烯和甲醇中的一種或多種。

13、本發(fā)明還提供一種上述制備方法制備的石墨烯/導熱粉體復合材料。

14、根據(jù)本發(fā)明一實施方式，所述石墨烯層的包覆率達到90％及以上，石墨烯所占所述復合材料的重量百分比為0.01％-5.00％，所述復合材料的熱導率在6w/(m·k)以上。優(yōu)選的，所述石墨烯所占所述復合材料的重量百分比為0.01％-1.00％。

15、本發(fā)明通過流化床化學氣相沉積法在導熱粉體表面生長石墨烯提高了石墨烯在導熱粉體中的分散性，形成的石墨烯均勻性好，同時石墨烯和導熱粉體能夠緊密結合，從而提高了復合材料的導熱性能。同時，本發(fā)明的制備方法簡便易行，可以實現(xiàn)復合材料的連續(xù)化批量化生產(chǎn)。

16、本發(fā)明通過摻加不同粒徑的活性非金屬粉體催化劑，一方面可以原位催化缺乏催化活性的導熱粉體對碳源前驅體的吸附和碳源前驅體在導熱粉體表面的裂解，實現(xiàn)較低溫度下石墨烯在非金屬導熱粉體表面的生長包覆，既能提高石墨烯的生長質量，還能夠降低反應溫度，提高生產(chǎn)效益；另一方面，由于導熱粉體與催化劑的粒徑差異較大，后續(xù)通過簡單的篩分便可以得到目標產(chǎn)物石墨烯/導熱粉體復合材料。進一步的，由于導熱粉體為微納米材料，極易團聚，加入較大粒徑的催化劑粉體，能夠起到鯰魚效應，在流化床中氣流的推動下，大粒徑的催化劑粉體破碎、分散小粒徑導熱粉體的團聚，提高導熱粉體的分散性。

17、本發(fā)明通過摻加活性多孔非金屬粉體催化劑，能夠有效吸附碳源前驅體并促進其在粉體表面的裂解，減少雜質相的生成，從而可以有效減少氫氣的用量，提高流化床化學氣相沉積制備過程的安全性。

18、本發(fā)明可以在反應過程中加入cu、ni、au、pt、fe、ga、co等金屬單質箔或合金箔進行遠程催化，或者通入空氣、氧氣、水蒸汽、甲醇、硅烷、鍺烷和氟化物作為氣相助劑，實現(xiàn)石墨烯在較低溫度下的高質量生長。