球磨法制备高导热导电的石墨烯薄膜

众所周知，石墨烯是由单个碳原子组成的蜂窝状二维材料，具有低的密度和优异的热学、电学性质，其理论热导率和电导率分别高达5300W/mK和6000S/cm。在大型机械、移动电子等设备的热管理方面具有巨大的应用价值。然而，用石墨烯制备的宏观薄膜材料其热导率远低于单个石墨烯片的热导率和电导率，主要是由于制备的石墨烯片本身的缺陷多和石墨烯片之间的接触电阻和界面热阻大。

最近，北京特种航天大学的王建锋老师和朱英教授利用机械剥离的方法，将石墨在有机溶剂里高效快速剥离，制备了大体积高浓度无面缺陷的寡层石墨烯分散液，经过真空抽滤成膜，随后热处理提高其石墨化晶粒尺寸，接着机械压缩增加致密度，最终其热导率高达1529W/mK，电导率高达2231S/cm，好于化学氧化-还原-热处理的石墨烯膜，其热导率明显高于各种金属。

▲制备过程

▲a)液相剥离的石墨烯分散液的光学照片（浓度是2.6mg/mL）；b)剥离石墨烯的TEM照片。c)剥离石墨烯边缘的电子衍射图；d)石墨烯分散液（0.2mg/mL）随时间的吸光度图谱，表明4天后石墨烯分散液的吸光度基本没有变化。插图表明石墨烯分散液具有Tyndall效应。e)原始石墨和剥离石墨拉曼光谱的2D峰图谱；f)利用TEM表征剥离石墨烯的尺寸分布图；g)原始石墨和剥离石墨的拉曼光谱谱图的比较；h)拉曼表征D峰（1346cm-1）的强度随着离心力的变化而变化；i)D峰与G峰强度（ID/IG）的比值与剥离石墨烯尺寸大小的倒数（1/L）呈线性关系（红的点对应着原始石墨）。

此种方法与传统的氧化石墨的方法相比较，具有很明显的优势。传统的氧化石墨的方法制备过程使用大量的酸性以及强氧化性的物质，对环境造成了污染。同时强的氧化剂使得石墨烯的平面产生缺陷，使得电子和声子在石墨烯表面传输产生散射，从而影响石墨烯的电学和热学的性质。这里采用的液相剥离的方法可以批量的制备高品质的石墨烯分散液，利用真空抽滤法制备的石墨烯薄膜，具有抽滤速度快，NMP可以有效的回收利用等特点，从而避免了环境的污染，降低了生产的成本，从而有望制备环保、经济、高效的石墨烯导热薄膜，使其有望应用于大型设备、移动电子设备的热消散。

▲a，b)高温-压缩石墨烯薄膜的SEM照片；c)过滤石墨烯纸和高温-压缩石墨烯纸的偏振拉曼光谱；d)1：铜片、2：过滤石墨烯膜、3：高温-圧缩石墨烯膜的热成像图片。e)高温-压缩石墨烯纸与氧化石墨烯以及金属导热率、导电率的比较。