一种石墨烯复合金属箔及其制备方法技术

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石墨烯，所述石墨烯通过液相沉积的方式生长在所述金属箔表面和贯穿孔的孔壁，所述石墨烯与金属箔的结合强度为1Mpa～100Mpa。本发明专利技术还提供一种石墨烯复合金属箔的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合金属箔及其制备方法
本专利技术属于涉及一种散热器件及其制备方法，尤其涉及一种高导热石墨烯复合金属箔及其制备方法。
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。我们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(请参阅中国公开专利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(请参阅中国公开专利CN103476227A)。但是以上方法均存在着不足之处：①垂直方向上热导率不够高(<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石墨烯复合金属箔及其制备方法，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石墨烯，所述石墨烯通过液相沉积的方式生长在所述金属箔表面和贯穿孔的孔壁，所述石墨烯与金属箔的结合强度为1Mpa～100Mpa。其中，所述金属箔的厚度范围为5μm～500μm。其中，所述石墨烯的层数为1层～100层，厚度为0.01μm～10μm。其中，所述贯穿孔的孔径为1μm～1000μm，孔密度为101个/cm2～106个/cm2。其中，所述贯穿孔的孔径为10μm～500μm，孔密度为102个/cm2～104个/cm2。其中，所述石墨烯基本平行于金属箔表面或贯穿孔的孔壁。一种石墨烯复合金属箔的制备方法，其包括如下步骤：1)将石墨烯与分散剂在溶剂中混合形成石墨烯分散液；2)将含有多个贯穿孔的金属箔浸入到所述石墨烯分散液中，经1min～10min后取出，干燥得到所述石墨烯复合金属箔，所述金属箔的表面和贯穿孔的孔壁均沉积有所述石墨烯。其中，所述分散剂为与石墨烯之间形成π-π相互作用力而实现结合的苯胺低聚物。其中，所述苯胺低聚物包括苯胺三聚体、苯胺四聚体、苯胺五聚体或苯胺六聚体中的一种或组合。其中，所述石墨烯分散液中石墨烯的质量百分比为0.1％～10％。本专利技术所述石墨烯复合金属箔的制备方法具有以下优点：通过苯胺低聚物来分散石墨烯得到均相且稳定的石墨烯分散液，由于苯胺低聚物带正电使得石墨烯分散液也带正电，而清洁的金属表面带负电，二者通过强烈的静电引力，实现石墨烯在金属箔表面的附着沉积，从而得到石墨烯复合金属箔。因而，省去了加入粘结剂进行涂敷的操作，且石墨烯通过静电引力而更加稳定附着于金属箔表面。与现有技术相比，本专利技术所述石墨烯复合金属箔具备以下优点：(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。本专利技术所述石墨烯复合金属箔，金属箔两面和孔壁均有石墨烯层。底部的石墨烯层不仅可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平面快速扩散，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。(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层剥离。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而形成层状结构，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。另外，通过液相沉积的方法制备得到的石墨烯复合金属箔，石墨烯在金属箔上的附着稳定性强，结合强度高。(3)工艺简单，制备成本低。现有技术一般采用化学气相沉积(CVD)的方法在金属箔表面生长石墨烯，然而该方法需要高昂的生长设备，生长时间较长，生长条件要求较高(高温、高真空)，对金属箔有一定的选择性(需要能作为催化剂的金属材料)，并且其很难在线连续生长。而本专利技术通过液相沉积的方法来制备石墨烯复合金属箔，该方法对生长条件、生长设备和基材没有特殊要求，生长时间短(1min～10min即可)，并且其可以在线连续生长，从而大大提高生产效率。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统化学转化方式合成。本专利技术的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。以下结合具体实施例，进一步阐明本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术本文档来自技高网...

【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石墨烯，所述石墨烯通过液相沉积的方式生长在所述金属箔表面和贯穿孔的孔壁，所述石墨烯与金属箔的结合强度为1Mpa～100Mpa。

【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石墨烯，所述石墨烯通过液相沉积的方式生长在所述金属箔表面和贯穿孔的孔壁，所述石墨烯与金属箔的结合强度为1Mpa～100Mpa；所述石墨烯复合金属箔通过以下制备方法得到：1)将石墨烯与苯胺低聚物在溶剂中混合，所述苯胺低聚物与石墨烯之间形成π-π键，得到石墨烯分散液；2)将含有多个贯穿孔的金属箔浸入到所述石墨烯分散液中，经1min～10min后取出，干燥得到所述石墨烯复合金属箔，所述金属箔的表面和贯穿孔的孔壁均沉积有所述石墨烯。2.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述金属箔的厚度范围为5μm～500μm。3.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...

【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