本發(fā)明涉及新材料，尤其涉及一種高導熱/電磁屏蔽雙功能薄膜復合材料及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、電子通信設備的快速發(fā)展帶來了有效散熱和屏蔽電磁干擾的挑戰(zhàn)。過熱和有害的電磁干擾（emi）通常會阻礙設備的正常運行并縮短其壽命。因此，需要具有高導熱性和卓越電磁屏蔽性能的雙功能材料，以迅速平衡設備運行過程中產(chǎn)生的不均勻熱量并輸出多余熱量，同時防止電磁波干擾電子元件并提高設備穩(wěn)定性。填充型導熱復合材料不僅可以極大提高材料的導熱能力，并且還在一定程度上改善了材料的力學性能、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性，電磁屏蔽性能等，具有多功能性的優(yōu)點。常用的高導熱填料包括碳材料和金屬填料等。

2、其中，碳材料，比如石墨烯納米片（gnp）、多層石墨烯和氧化石墨烯是生產(chǎn)高性能納米膜的理想材料，其特征是具有優(yōu)異的導電性能和超高的固有熱導率，因此其被認為是發(fā)展?jié)摿薮蟮牟牧?。但是gnp存在碳材料通有的團聚和分散性等問題，導致其應用受到了很大的限制。而大多數(shù)金屬填料內(nèi)部具有可以移動的自由電子，可以進行高效的熱量傳遞。故而大多數(shù)金屬材料本身都具有較高的本征導熱系數(shù)和優(yōu)異的導電性能，常用的金屬填料主要有鋁、銀、銅等。但是，由于金屬填料與聚合物之間存在巨大的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)差異，導致隨著金屬填料的添加，復合材料的力學性能以及加工性能受到影響。

3、為了解決上述填料在制備具有高導熱和電磁屏蔽性能的雙功能材料時存在的缺陷，選擇合適的聚合物與其匹配以得到易于加工的復合材料具備一定可行性。聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（poly?(butyleneadipate-co-terephthalate)，簡稱pbat）是己二酸丁二醇酯（pba）和對苯二甲酸丁二醇酯（pbt）的共聚物，兼具pba和pbt的特性，因具備良好生物降解性，其應用范圍逐漸擴大，然而現(xiàn)有技術(shù)缺乏針對以pbat為主要粘合材料的上述雙功能材料的研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明在研究中發(fā)現(xiàn)，以pbat為主要粘合劑，將其與石墨烯納米片和金屬填料進行復合時，材料的選擇以及復合工藝對所得的復合材料的性能均產(chǎn)生一定影響。一般地，為了解決石墨烯納米片等無機填料在聚合物中的團聚問題，現(xiàn)有的常用復合工藝更傾向于采用原位聚合、界面改性等復雜的復合工藝?；诖耍景l(fā)明提供一種高導熱/電磁屏蔽雙功能薄膜復合材料及其制備和應用，實現(xiàn)了采用超聲-過濾-熱壓的簡單工藝，得到了密度為1.2g/cm3以下、電導率為2400s/cm以上、熱導率為70w/（m?k）以上、比屏蔽效應為8500dbcm2g-1以上且180°彎曲不斷裂的薄膜材料。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，包括：

3、將質(zhì)量濃度為3~5mg/ml的pbat溶液、石墨烯納米片和金屬材料在50℃以下的超聲條件下混合得懸浮液，所述懸浮液經(jīng)過濾得濾餅，所述濾餅經(jīng)干燥和熱壓得微觀結(jié)構(gòu)呈平行排列的層狀結(jié)構(gòu)且宏觀可彎折的石墨烯納米片薄膜復合材料；

4、所述石墨烯納米片薄膜復合材料的密度為1.2g/cm3以下；

5、所述石墨烯納米片與所述金屬材料的質(zhì)量比為4~6:1；所述石墨烯納米片與所述pbat溶液中pbat的質(zhì)量比為1:9~11。

6、本發(fā)明中，在制備上述層狀結(jié)構(gòu)的薄膜材料時，采用的超聲和抽濾的方法；在超聲開始時，石墨烯納米片通過pbat接枝在一起，隨著超聲過程的進行，形成連續(xù)的石墨烯層，并且ag通過pbat的高粘性吸附在石墨烯層表面；超聲完成后經(jīng)過抽濾，石墨烯層沿重力方向定向排列，形成的平行排列的層狀結(jié)構(gòu)，層間孔隙的大小與聚合物含量有關(guān)。進一步地，采用的熱壓的方法，形成的穩(wěn)定連續(xù)平行排列的多層結(jié)構(gòu)且宏觀可彎折。在本發(fā)明的方法中，當pbat的濃度大于5mg/ml，溶液體系粘度增大，pbat分子鏈纏結(jié)嚴重，骨架相互粘結(jié)，從而出現(xiàn)石墨烯納米片團聚現(xiàn)象，經(jīng)試驗驗證，采用質(zhì)量濃度為3~5mg/ml的pbat溶液且控制石墨烯納米片、金屬材料和pbat的含量在上述范圍內(nèi)可以形成規(guī)則連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)。超聲過程中控溫是為了確保均勻分散，而干燥是為了除去過濾后薄膜中殘留的溶液，不干燥無法熱壓。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，所述石墨烯納米片的片徑為5~10μm，厚度為3~10nm。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，所述金屬材料為納米銀粉、納米銀線和納米銀片中的一種或者兩種以上的組合，優(yōu)選為納米銀粉；優(yōu)選地，所述納米銀粉的粒徑10~30nm；其中，本發(fā)明優(yōu)選的納米ag均勻吸附在gnp薄膜復合材料的骨架上，解決石墨烯納米片由于缺陷導致的電熱性能降低，保護了導熱導電網(wǎng)絡，有效提高了薄膜材料的電熱性能。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，所述pbat溶液的溶劑選自二氧六環(huán)、丙酮、四氫呋喃、二甲基甲酰胺和二氯乙烷中的一種或者兩種以上的組合，優(yōu)選為二甲基甲酰胺。

10、pbat的溶解性好，考慮到本發(fā)明中的石墨烯納米片以及金屬材料的分散性能，本發(fā)明優(yōu)選上述溶劑。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，所述pbat的數(shù)均分子量約為30~40kda。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，所述懸浮液的制備過程包括：

13、將pbat溶液、石墨烯納米片和金屬材料預混得預混液；

14、將所述預混液進行間歇式超聲并全程冰浴得所述懸浮液；所述間歇式超聲中每相鄰兩次超聲的間隔時間為3~8s，每次超聲的時間為3~8s；

15、優(yōu)選地，所述超聲功率為100~200w；所述間歇式超聲的總時間為30~60min。

16、根據(jù)本發(fā)明提供的所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，所述懸浮液進行抽濾；優(yōu)選地，所述抽濾采用的濾紙的孔徑為1~1.5μm。如濾紙粒徑太小，抽濾會很困難，導致難成膜。

17、根據(jù)本發(fā)明提供的所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，所述濾餅經(jīng)干燥至恒重后在120~180℃、10mpa以上壓制2min以上即得所述石墨烯納米片薄膜復合材料。

18、在本發(fā)明的制備方法中，通過調(diào)整熱壓的溫度和壓力可以控制薄膜的厚度。

19、更具體地，石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法包括如下步驟：

20、將pbat、溶劑通過加熱攪拌的方式配置成均勻的聚合物溶液；其中，攪拌速度為500~1500rpm，加熱溫度為100~150℃。

21、將石墨烯納米片和金屬材料加入到所述聚合物溶液中，經(jīng)過超聲分散得到均勻的懸浮液；

22、將所述懸浮液進行抽濾，得到濾餅；

23、將所述濾餅進行真空干燥，然后熱壓，制得石墨烯納米片薄膜復合材料。其中，真空干燥的溫度為60~150℃。

24、第二方面，本發(fā)明還提供如上所述石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法制得的石墨烯納米片薄膜復合材料，所述石墨烯納米片薄膜復合材料的密度為1.2g/cm3以下，電導率為2400s/m以上，熱導率為70w/（m?k）以上，比屏蔽效應為8500db?cm2g-1以上，180°彎曲不斷裂。

25、優(yōu)選地，按照質(zhì)量百分比計，所述石墨烯納米片薄膜復合材料中g(shù)np含量為60~80%，金屬材料的含量為10~25%，余量為pbat；

26、優(yōu)選地，所述石墨烯納米片薄膜復合材料的微觀結(jié)構(gòu)呈平行排列的層狀結(jié)構(gòu)；所述石墨烯納米片薄膜復合材料對折180°不斷裂。

27、優(yōu)選地，所述gnp表面分布ag顆粒。

28、本發(fā)明中所述石墨烯納米片薄膜復合材料的厚度為40~100μm。

29、第三方面，本發(fā)明還提供一種所述石墨烯納米片薄膜復合材料在電池或者芯片散熱器中的應用，所述石墨烯納米片薄膜復合材料用于對所述電池或者芯片散熱器進行散熱和屏蔽電磁干擾。

30、本發(fā)明提供的一種石墨烯納米片薄膜復合材料的制備方法，通過以pbat作為聚合物粘合劑，使石墨烯納米片形成連續(xù)穩(wěn)定的層狀骨架，再使金屬材料在超聲作用下均勻地分布在具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯骨架上，并形成了良好的導熱導電網(wǎng)絡，制備所得具有層狀結(jié)構(gòu)的薄膜復合材料具有一定的柔韌性，良好的導熱性和導電性，電磁屏蔽性能，而且本發(fā)明的溶液法裝置簡單且環(huán)境友好。

31、進一步地，本發(fā)明合成的薄膜材料輕質(zhì)、超薄，性能優(yōu)異，應用廣泛。相較于純gnp薄膜，顯著提高其柔韌性，同時保持優(yōu)異的電磁屏蔽性能，并通過添加高導熱的金屬材料進一步提升材料的導熱導電性能。