一种石墨烯复合金属箔制造技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯复合金属箔，其包括含有多个贯穿孔的金属箔及生长在金属箔的表面和贯穿孔的孔壁的石墨烯。所述贯穿孔的孔径为1μm～1000μm，孔密度为101个/cm2～106个/cm2。所述石墨烯复合金属箔的贯穿孔内的石墨烯可提高垂直于金属箔表面的方向上的热导率，从而大大提高了石墨烯复合金属箔的整体热导率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涉及一种散热器件，尤其涉及一种高导热石墨烯复合金属箔。
技术介绍
随着科学技术的发展，电子产品的小型化、微型化、高性能以及低成本，给人们的生产和生活带来了巨大变革。但是由于电子产品体积过小，在高频工作频率下，电子元器件运转时产生的热量会迅速积累、增加，如果不能及时传递出去，容易导致设备性能的下降或者损坏，甚至爆炸。因此，要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作，及时散热的能力成为影响其使用寿命的关键限制因素。现有的散热方式有风冷、液冷等方式，均为将局部发热扩展到更大空间，通过空气或液体带走热量。在电子电器领域常使用散热片来进行散热。散热片通常是由高导热的金属制成的，可以通过传导、对流或辐射等方式将热量从发热部件传送到环境当中。但是金属材料导热性能有限，比如铜的热导率377W/m·K，铝的热导率为230W/m·K。近几年来，石墨烯作为一种新型材料在全世界引起了广泛关注。它是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的，其理论厚度仅为0.35nm，是目前所发现的最薄的二维材料。石墨烯是构成其它碳材料的基本单元，可以翘曲成零维的富勒烯，卷曲形成一维的CNTs或者堆垛成三维的石墨。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象，使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质。这里所涉及的是它的热学性能，它作为一种低维纳米碳材料，具有高达3000W/m·K～6000W/m·K的热导率，是目前发现的导热性能最好的材料。但是石墨烯材料也有不足之处，比如其耐折性差，材料的强度弱，可以轻易撕裂或者因所粘附部位发生位移而产生破损以及表层物质脱落，因此其无法单独作为散热材料来进行应用。石墨烯在导热方面的应用通常是将其沉积或涂覆在金属基材表面，以此制备出高导热的复合结构。如，在铜(111)单晶薄膜上通过化学气相沉积(CVD)的方法生长石墨烯(请参见中国公开专利申请CN102859032A)，以及使用涂布的方式在铜箔表面涂覆石墨烯涂料制备铜碳复合铜箔散热片(请参见中国公开专利申请CN103476227A)。但是以上方法均存在着不足之处：①垂直方向热导率不够高(<400W/m·K)；②石墨烯层与铜箔结合较差。导致垂直方向热导率不高的原因是石墨烯的导热是各向异性的，其纵向Z方向的热导率较低，一般5W/m·K～30W/m·K。石墨烯层在铜箔表面附着较差的原因是二者界面结合差，存在很强的应力作用，容易导致石墨烯层剥离。因此，开发出高结合强度、高热导率的石墨烯复合金属膜不仅具有重大的创造性，对于电子工业散热也具有巨大的推动作用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种高导热的石墨烯复合金属箔，该石墨烯复合金属箔不仅具有较高的热导率，还具有较高的结合强度，将其应用于集成电路、电子器件、热交换器、LED等电子设备的散热装置中，起到快速散热保障电子元器件高效、稳定、长寿命运行的效果。为了实现以上目的，本专利技术提出以下技术方案：一种石墨烯复合金属箔，其包括含有多个贯穿孔的金属箔及生长在金属箔的表面和贯穿孔的孔壁的石墨烯。所述贯穿孔的孔径为1μm～1000μm，孔密度为101个/cm2～106个/cm2。所述金属箔的厚度为5μm～500μm。所述金属箔的厚度为10μm～100μm。所述石墨烯的层数为1层～100层，厚度为0.01μm～10μm。所述石墨烯复合金属箔的热导率为500W/m·K～2000W/m·K。所述石墨烯和金属箔的结合强度为1Mpa～100Mpa。所述贯穿孔的孔径为10μm～500μm，孔密度为102个/cm2～104个/cm2。所述石墨烯基本平行于金属箔的表面或贯穿孔的孔壁。一种石墨烯复合金属箔，其包括一金属箔、垂直于该金属箔设置的多个贯穿该金属箔的热管及与分布在所述金属箔相对的上、下表面的石墨烯。所述热管由贯穿该金属箔的石墨烯形成，且形成该热管的石墨烯基本垂直于所述金属箔。设置在所述金属箔的上、下表面的石墨烯基本平行于金属箔。所述石墨烯复合金属箔作为散热元件应用于集成电路、电子器件、热交换器或LED的散热装置中。相较于现有技术，本专利技术提供的石墨烯复合金属箔具有如下优点：(1)具有优异的散热性能。虽然石墨烯的热导率极高，但其导热性能具有各向异性，即石墨烯平面方向的热导率可以达到6000W/m·K，但其垂直方向热导率只有5W/m·K～30W/m·K。现有技术制备的石墨烯均是平铺在金属箔表面，热流方向垂直于石墨烯平面，导致最终散热效果并不理想。而本专利技术所述石墨烯复合金属箔，金属箔两个表面和孔壁均有石墨烯层。底部的石墨烯层不仅可以将热源传来的热量快速分散在石墨烯表面，而且可将得到的热量通过附于孔壁的石墨烯层迅速转移到金属箔上部石墨烯层。传输到上部的热量通过石墨烯表面快速扩散，最终通过对流和辐射的方式实现快速散热。也就是说，所述石墨烯复合金属箔的贯穿孔内的石墨烯可提高垂直于金属箔表面的方向上的热导率，从而大大提高了石墨烯复合金属箔的整体热导率。并且，通过对贯穿孔进行合理的孔径设计和孔密度设计，可使石墨烯复合金属箔的导热更为均匀。(2)石墨烯层与金属箔结合强度高。现有技术制备的石墨烯由于其平铺在金属箔表面，二者间存在界面应力，因而容易导致石墨烯剥离。而本专利技术所述石墨烯复合金属箔，其中的石墨烯不仅覆盖在金属箔的上下两个表面，而且也分布于贯穿孔的孔壁，该分布于上下表面和孔壁的石墨烯连成一体的层状结构，将金属箔夹在中间并套牢，从而大幅提高石墨烯与金属箔的结合强度。(3)防腐性能优异，使用寿命长。现有技术制备的石墨烯由于其与金属箔结合较差，石墨烯容易剥落，因而无法实现对金属箔的防护。而本专利技术制备的石墨烯复合金属箔，由于石墨烯与金属箔结合成一体，石墨烯是一个致密的网状结构，因而可以有效阻挡腐蚀介质的侵蚀，从而大幅提高其使用寿命。附图说明图1为本专利技术所述石墨烯复合金属箔的结构示意图(其中，1表示金属箔；2表示贯穿孔；3表示石墨烯层)。图2为本专利技术实施例1得到的石墨烯复合金属箔的显微镜照片。图3a为图2所述石墨烯复合金属箔的A位置所测得的Raman图谱。图3b为图2所述石墨烯复合金属箔的B位置所测得的Raman图谱。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的石墨烯复合金属箔及其制备方法作进一步说明。本专利技术所提供的物质可以通过市售原料或传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯复合金属箔，其特征在于：其包括含有多个贯穿孔的金属箔及生长在金属箔的表面和贯穿孔的孔壁的石墨烯，所述贯穿孔的孔径为1μm～1000μm，孔密度为101个/cm2～106个/cm2。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合金属箔，其特征在于：其包括含有多个贯穿孔的
金属箔及生长在金属箔的表面和贯穿孔的孔壁的石墨烯，所述贯穿孔
的孔径为1μm～1000μm，孔密度为101个/cm2～106个/cm2。
2.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于，所述金
属箔的厚度为5μm～500μm。
3.根据权利要求2所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于，所述金
属箔的厚度为10μm～100μm。
4.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述石
墨烯的层数为1层～100层，厚度为0.01μm～10μm。
5.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述石
墨烯复合金属箔的热导率为500W/m·K～2000W/m·K。
6.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述石
墨烯和金属箔的结合强度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海斌，戴雷，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33