本发明涉及氧化石墨烯分散、石墨烯散热技术领域，具体涉及一种高固含氧化墨烯分散液、石墨烯散热膜及制备方法。
背景技术：
石墨烯自2004发现以来，得到了学术界和产业界的极大关注，其超高的电导率、极高的热导率、超高的力学性能及优异的柔性引起了研究石墨烯的热潮。如今，石墨烯的生产方法已发展成熟，产能上百吨的企业大批量涌现出来，给石墨烯的应用打下了坚实的基础，如复合材料、透明导电膜、传感器、储能材料、导热材料等领域。石墨烯的应用推广仍然存在挑战，如石墨烯在高分子材料中的分散性、石墨烯的功能化、石墨烯与其他材料结合的界面机理等。石墨烯或者氧化石墨烯(go)的复合材料、薄膜材料中，其均匀分散性已成为工艺流程中最为关键步骤，通常会对石墨烯或者氧化石墨烯进行功能化已达到分散的目的。
因为氧化石墨烯具有大的比表面积，氧化石墨烯分子间相互排斥，导致氧化石墨烯分散液粘度极大；目前在工业中应用的氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯的分散质量分数(也称固含)被控制在2％以下，否则过大的粘度就会给后续的工艺带来难度。然而利用这样的氧化石墨分散液，特别是水性环境的氧化石墨分散液，制备氧化石墨烯膜时，低固含的氧化石墨分散液会导致膜中含有大量的水分，后续烘干工艺将造成巨大的能耗；亦或是将这样的氧化石墨分散液加入到复合材料中时，大量的水会被带到复合材料中，大量人力物力被消耗在去除这些水的步骤上，甚至限制了复合材料中氧化石墨烯的添加量。
基于此，开发一种高固含氧化石墨烯分散液尤为重要，直接可解决制膜过程中大量蒸发水分所带来的能源消耗过高的问题，或复合材料中不能大量添加氧化石墨烯的问题。
技术实现要素：
本发明的目之一在于提供一种高固含氧化石墨烯分散液，其整体的粘度不会对后续工艺带来影响，进而解决了制膜过程中大量蒸发水分所带来的能源消耗过高的问题，以及复合材料中不能大量添加氧化石墨烯的问题。
该高固含氧化石墨烯分散液，包括占所述分散液总质量3-25％的氧化石墨烯，其余部分为分散剂；
所述分散剂主要包括去离子水和占所述分散液总质量3～20％的润滑剂。
进一步的，所述润滑剂为聚乙二醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇及聚丙氧基二乙氧基甲基氯化铵中的一种物质，或由这些物质中的多种组成的混合物。
进一步的，所述分散液的粘度为3000-15000cps。
进一步的，所述氧化石墨烯的粒径大小为10-70μm。
本发明还提供了前述的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法，用于制备前述的高固含氧化石墨烯分散液，主要包括：
1)将润滑剂溶解于去离子水，形成稳定的水溶液；
2)将氧化石墨加入1)中的水溶液中并搅拌，对氧化石墨进行预分散；
3)对(2)中得到的氧化石墨分散液进行剥离，得到氧化石墨烯分散液。
进一步的，步骤1)中还包括对混合后的润滑剂和去离子水进行搅拌，搅拌时间为2-10min，搅拌速率为500-1000r/min。
进一步的，步骤2)中的搅拌速率为1000-4000r/min，搅拌时间为15-30min。
进一步的，步骤3)中，利用高速剪切机对氧化石墨进行剥离，高速剪切机的转速为6000～15000r/min，剪切时间为5～15min；
进一步的，步骤3)中利用高压均质机对氧化石墨进行剥离，均质压力为500～1200bar，均质时间为15～30min。
本发明还提供了一种石墨烯散热膜，该石墨烯散热膜由前述的氧化石墨烯分散液制得。
进一步，所述石墨烯散热膜的热导率为700-1200w/mk。
本发明还提供了一种石墨烯散热膜的制备方法，用于制备前述的石墨烯散热膜，包括，将前述的氧化石墨烯分散涂布成膜，并进行碳化、石墨化、压延以获得石墨烯散热膜。
进一步的，其中涂布的厚度为1000-9000μm。
进一步的，其中压延后的膜厚度60～500μm。
本发明的原理及有益效果在于，本发明采用了加入了润滑剂的分散液，于是在氧化石墨被剥离成氧化石墨烯后，分散剂在氧化石墨烯片之间起润滑作用，减少相邻片之间的摩擦阻力，从而降低了高固含氧化石墨烯分散液的粘度，本发明在保证了足够低的粘度的同时，于水性体系氧化石墨烯分散液中实现了远远高于现有技术的氧化石墨烯分散质量分数，最高达25％；在不为后续工序带来更大难度的同时，减少了需要干燥/去除的分散剂的数量，进而解决了制膜过程中大量蒸发水分所带来的能源消耗过高的问题，以及复合材料中不能大量添加氧化石墨烯的问题，促进了石墨烯产业的发展，对推动石墨烯的下游应用具有重要意义。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明中的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法基本为：将聚乙二醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇和聚丙氧基二乙氧基甲基氯化铵(阳离子表面活性剂ns409)中的一种或多种溶解于去离子水，形成稳定的水溶液；再将氧化石墨加入并搅拌，对氧化石墨进行预分散。随后使用高剪切或均质机对氧化石墨进行剥离，得到氧化石墨烯分散液。
随后将获得的氧化石墨烯分散液涂布成膜，并进行碳化、石墨化、压延，获得本发明中的石墨烯散热膜。
下面，通过更为实施例对本发明进一步详细描述。
实施例1
本实施例中的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法如下：
将润滑剂聚乙二醇溶解于去离子水，搅拌10min，速率为800r/min，形成稳定的溶液；再将氧化石墨加入并搅拌，对氧化石墨进行预分散，搅拌速率为1000r/min，时间为15min，其中氧化石墨的固含(占整个分散液的质量分数)为20％，聚乙二醇占的质量分数为15％。
然后使用均质机对氧化石墨进行剥离，得到氧化石墨烯分散液，均质压力为1000bar，循环5次，均质时间30min，并对物料进行真空脱泡处理15min。
采用brookfielddv2trvtj0旋转粘度计的#5号转子，设定10rpm，在温度24.2℃下测试该氧化石墨烯分散液的粘度得为8220cps，另测得该氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的粒径大小为40μm。
对比之下，相同的氧化石墨烯固含在纯水中无法分散，粘度已超量程无法测出。
最后将获得的氧化石墨烯分散液应用于石墨烯散热膜，将分散液涂布成膜，涂布厚度为7000μm，经碳化、石墨化、压延，获得石墨烯散热膜，厚度为300μm，热导率为900w/mk。
实施例2
本实施例中的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法如下：
将润滑剂聚乙二醇溶解于去离子水，搅拌5min，速率为5min，形成稳定的溶液；再将氧化石墨加入并搅拌，对氧化石墨进行预分散，搅拌速率为3000r/min，时间为20min，其中氧化石墨的固含(占整个分散液的质量分数)为10％，聚乙二醇的质量分数为10％。然后使用高速剪切机对氧化石墨进行剥离，得到氧化石墨烯分散液，剪切速率为9000r/min，剪切时间为10min，并对物料进行真空脱泡处理30min。
采用brookfielddv2trvtj0旋转粘度计的#5号转子，设定10rpm，在温度23.7℃下测试该氧化石墨烯分散液的粘度得为7000cps，另测得该氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的粒径大小为60μm。
相同的氧化石墨烯固含在纯水中无法分散，粘度已超量程无法测出。
最后将获得的氧化石墨烯分散液应用于石墨烯散热膜，将分散液涂布成膜，涂布厚度为3000μm，经碳化、石墨化、压延，获得石墨烯散热膜，厚度为80μm，热导率为1100w/mk。
实施例3
本实施例中的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法如下：
将润滑剂异丙醇溶解于去离子水，搅拌2min，速率为500r/min，形成稳定的溶液；再将氧化石墨加入并搅拌，对氧化石墨进行预分散，搅拌速率为4000r/min，时间为15min，其中氧化石墨的固含(占整个分散液的质量分数)为3％，异丙醇的质量分数为3％。然后使用高速剪切机对氧化石墨进行剥离，得到氧化石墨烯分散液，剪切速率为10000r/min，剪切时间为15min，并对物料进行真空脱泡处理20min。
采用brookfielddv2trvtj0旋转粘度计的#5号转子，设定10rpm，在温度25℃下测试该氧化石墨烯分散液的粘度得为11000cps，另测得该氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的粒径大小为10μm。
相比之下，相同的氧化石墨烯固含在纯水中分散，其分散液的粘度为20000cps。
最后将获得的氧化石墨烯分散液应用于石墨烯散热膜，将分散液涂布成膜，涂布厚度为9000μm，经碳化、石墨化、压延，获得石墨烯散热膜，厚度为60μm，热导率为1200w/mk。
实施例4
本实施例中的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法如下：
将润滑剂ns409溶解于去离子水，搅拌5min，速率为500r/min，形成稳定的溶液；再将氧化石墨加入并搅拌，对氧化石墨进行预分散，搅拌速率为4000r/min，时间为15min，其中氧化石墨的固含(占整个分散液的质量分数)为25％，ns409的质量分数为20％。然后使用均质机对氧化石墨进行剥离，得到氧化石墨烯分散液，剪切速率为1200bar，剪切时间为25min，并对物料进行真空脱泡处理30min。
采用brookfielddv2trvtj0旋转粘度计的#5号转子，设定10rpm，在温度26.4℃下测试该氧化石墨烯分散液的粘度得为8000cps，另测得该氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的粒径大小为50μm。
相同的氧化石墨烯固含在纯水中无法分散，粘度已超量程无法测出。
最后将获得的氧化石墨烯分散液应用于石墨烯散热膜，将分散液涂布成膜，涂布厚度为8000μm，经碳化、石墨化、压延，获得石墨烯散热膜，厚度为500μm，热导率为700w/mk。
实施例5
本实施例中的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法如下：
将润滑剂丙二醇溶解于去离子水，搅拌5min，速率为900r/min，形成稳定的溶液；再将氧化石墨加入并搅拌，对氧化石墨进行预分散，搅拌速率为2000r/min，时间为15min，其中氧化石墨的固含(占整个分散液的质量分数)为12％，丙二醇的质量分数为20％。然后使用均质机对氧化石墨进行剥离，得到氧化石墨烯分散液，均质为800bar，均质时间为20min，并对物料进行真空脱泡处理15min。
采用brookfielddv2trvtj0旋转粘度计的#5号转子，设定10rpm，在温度26.4℃下测试该氧化石墨烯分散液的粘度得为3000cps，另测得该氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的粒径大小为30μm。
相同的氧化石墨烯固含在纯水中无法分散，粘度已超量程无法测出。
最后将获得的氧化石墨烯分散液应用于石墨烯散热膜，将分散液涂布成膜，涂布厚度为6000μm，经碳化、石墨化、压延，获得石墨烯散热膜，厚度为200μm，热导率为850w/mk。
实施例6
本实施例中的高固含氧化石墨烯分散液的制备方法如下：
将润滑剂丙三醇溶解于去离子水，搅拌3min，速率为600r/min，形成稳定的溶液；再将氧化石墨加入并搅拌，对氧化石墨进行预分散，搅拌速率为4000r/min，时间为10min，其中氧化石墨的固含(占整个分散液的质量分数)为7％，丙二醇的质量分数为10％。然后使用高速剪切机对氧化石墨进行剥离，得到氧化石墨烯分散液，剪切速率为800bar，剪切时间为5min，并对物料进行真空脱泡处理30min。
采用brookfielddv2trvtj0旋转粘度计的#5号转子，设定10rpm，在温度25.7℃下测试该氧化石墨烯分散液的粘度得为15000cps，另测得该氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的粒径大小为50μm。
相比之下，相同的氧化石墨烯固含在纯水中分散，其分散液的粘度为123000cps。
最后将获得的氧化石墨烯分散液应用于石墨烯散热膜，将分散液涂布成膜，涂布厚度为6000μm，经碳化、石墨化、压延，获得石墨烯散热膜，厚度为100μm，热导率为750w/mk。
本发明的实施例1-6中，均直接将氧化石墨加入到水性的润滑剂溶液中，在对氧化石墨进行分散的过程中，润滑剂在氧化石墨烯片之间具有润滑作用，从而实现氧化石墨烯得到高固含分散，粘度保持在3000-15000cps这样较低的程度，不会对后续工艺造成困难。
由于聚乙二醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇和聚丙氧基二乙氧基甲基氯化铵(阳离子表面活性剂ns409)等物质相互混合后仍旧可以起到很好的润滑作用，在本发明的另外一些实施例中，可将这些物质中的多种按任意比例混合后形成复合的润滑剂，再依照本发明所提供的质量分数溶解于去离子水来形成本发明中所称的分散液，这些实施例中所制得的高固含氧化石墨烯分散液的依旧粘度保持在3000-15000cps这样较低的程度，可以达到本发明所要达到的技术效果。
本发明中的高固含氧化石墨烯分散液用于石墨烯散热膜的制备，相比于现有技术而言，更少的分散剂需要被蒸发掉，其中的润滑剂在碳化步骤中也一并被蒸发，不会残留，所得石墨烯散热膜厚度为60-500μm，热导率为700-1200w/mk。