一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器及其制备方法，属于散热技术领域。该散热器包括：金属基层、均匀沉积在所述金属基层表面的石墨烯薄膜层和焊接部；其制备方法如下：在无水乙醇溶液中加入石墨烯粉末、添加剂，用超声波分散获得均匀分散的石墨烯分散液；采用等厚条形金属片，用稀硝酸、去离子水、无水乙醇和超声波进行表面处理后，当作阴极；把阴极和阳极一起浸没在石墨烯分散液中进行电泳沉积；然后把金属基层从一端紧密地卷成多层圆柱体形之后，另一端焊固于圆柱体外侧退火处理后，向垂直于所述圆柱体轴向方向切割成圆饼状的石墨烯金属复合多层散热器。本发明专利技术的散热器散热效率高、工艺简单、节能环保、成本低，散热效率高。

Graphene metal composite multilayer radiator with high thermal conductivity and preparation method thereof

The invention discloses a high thermal conductivity graphene metal composite multilayer radiator and a preparation method thereof, which belongs to the field of heat dissipation technology. The radiator comprises a metal base, uniformly deposited on the graphene film layer of the metal surface and the welding part; the preparation method comprises the following steps: adding graphene powder and additives in ethanol solution, to obtain graphene dispersion dispersion by ultrasonic dispersion; the thickness of sheet metal strip, surface treatment with dilute nitric acid, deionized water, ethanol and ultrasonic, as a cathode; the anode and cathode with electrophoretic solution immersed in graphene dispersion; then the metal layer from one end tightly rolled into a cylindrical multilayer, the other end is welded to the cylinder side after annealing treatment to graphene multilayer metal composite radiator perpendicular to the axial direction of the cylinder is cut into round pie. The heat sink of the invention has the advantages of high heat dissipation efficiency, simple process, energy saving, environmental protection, low cost and high heat dissipation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器及其制备方法
本专利技术属于散热
，特别是涉及一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种超轻、超薄、超强和超大比表面积的准二维材料，面密度约0.77mg/m2，单层石墨烯的厚度约0.34nm，石墨烯的韧性极好，弹性模量为1.0TPa，微观强度可达30GPa，是传统钢材的100多倍，理论比表面积为2630m2/g，而且具有非常高的导电、导热性能，如电阻率为2×10-6Ω.cm，电子迁移率可达2×105cm2/V.S，在室温下水平热导率约为5×103W/m.K。同时，石墨烯具有高的热稳定性、化学稳定性以及优异的抗渗透性和抗磨性能。因此，石墨烯在力学、电子学、光学、热学以及新能源等各领域中都拥有了广泛的应用前景，尤其在LED散热材料的合成方面吸引了人们的广泛关注。LED灯是21世纪的新型光源，具有效率高、寿命长、不易破损等传统光源无法与之比较的优点。而LED的散热不良会导致其电源损坏、光衰加快、寿命减短等问题，因此，提高散热效率是LED照明系统性能提升的重中之重。传统LED灯的散热体都是采用铜或铝制材质制成的，其结构单一，散热性能也不是很好。据报道，在金属材料中适量添加石墨烯，能够有效地改善其散热性能。目前石墨烯/金属复合散热材料的合成方法主要有三种：1、金属基体上涂覆石墨烯散热涂层；2、金属粉末法；3、熔融共炼法等。但是由于石墨烯是容易团聚的特点，在上述制备复合材料中出现石墨烯分散不均匀和趋向不一致等问题，从而导致降低石墨烯复合材料的散热效果。另外，在第一种方法中石墨烯与金属基体表面之间往往利用有机涂料来粘接，而一般的有机涂料的导热系数都很低，不利于散热性能的提高。后两种方法是提高金属综合性能的常用方法，但工艺较复杂，能耗大，而且在高温烧炼时还可能产生氧化或界面反应等现象而导致材料性能的降低。
技术实现思路
本专利技术目的在于，针对现有技术中所存在的问题，提出一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器及其制备方法，本专利技术的方法工艺简单、节能环保；本专利技术的散热器结构新颖、成本低兼、散热效果好，适用于LED的散热。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器，其特征在于，包括：金属基层、石墨烯薄膜层和焊接部；其中，所述石墨烯薄膜层均匀沉积在金属基层表面上形成石墨烯金属复合层，石墨烯金属复合层紧密地卷成圆饼状而形成金属基层与石墨烯薄膜层相互交替叠加的螺旋多层复合结构，最外层的石墨烯金属复合层边缘处与多层复合结构外表面焊接形成焊接部。所述金属基层是厚度均匀的条状铜片、铝片、银片、铂金中的任意一种金属片或铝合金片，所述金属基层厚度为0.05～1mm范围内的任意值；所述石墨烯薄膜层是由均匀电泳沉积在所述金属基层表面上的单层或少层石墨烯片层构成，所述石墨烯片均匀平躺在所述金属基层上，且与所述金属基层或所述石墨烯片之间相互紧密结合。一种上述高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：用无水乙醇溶液与石墨烯粉末配制成浓度0.01～0.025mg/ml的石墨烯混合液，然后，在所述混合液中再加入金属盐，使得金属盐的浓度达到0.3～1mg/ml，再用超声波分散3～5h，获得均匀分散的石墨烯电泳液；第二步：采取一条厚度为0.05～1mm的等厚条形金属片作为金属基层，在浓度为5～10％的稀硝酸中浸泡3分钟去除其表面氧化物，再用去离子水多次冲洗之后放入无水乙醇溶液中超声5分钟，取出晾干之后，作为阴极；第三步：采用与所述阴极尺寸相当的石墨片作为阳极，将所述阴极表面和所述阳极表面设置为平行，并且所述阴极与所述阳极间距保持在1～2cm，然后，把所述阴极和所述阳极一起浸没在所述第一步中得到的石墨烯电泳液中，在80～160V的直流电压下进行电泳沉积1～6min，得到在所述金属基层上均匀覆盖有所述石墨烯薄膜层的产物；第四步：用钢钉作为转轴将所述第三步中得到的产物从一端紧密地卷制成多层圆柱体形状，然后，把所述产物另一端边缘用激光焊接法固定于所述圆柱体外侧表面形成焊接部，得到样品；第五步：将所述第四步中得到的样品在氮气气氛下以200～300℃的温度退火处理1～3h，降温之后，向垂直于所述圆柱体轴向方向切割成圆饼状结构，从而得到高导热性能石墨烯金属复合多层散热器。根据本专利技术的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的制备方法，其特征在于：所述石墨烯是由CVD法生长的单层或少层石墨烯片，片径为5～50微米。根据本专利技术的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的制备方法，其特征在于：所述金属盐为硝酸镁、硝酸铝、硝酸铜、硝酸银之中的任意一种或几种组合。本专利技术的技术效果根据本专利技术的技术方案，能够提供一种散热效率高、工艺简单、节能环保、成本低的散热器及其制备方法。该散热器，能够有效地解决石墨烯在复合材料中的趋向不一致和分布不均匀等问题，从而大幅度提高传统金属散热装置的散热系数。本专利技术所述的散热器的轴向导热系数远大于常用金属制散热器的导热系数，采用该专利技术提供的散热器，能够迅速地降低LED芯片温度，提高散热效率，从而延长LED灯具的使用寿命。附图说明图1为表示本专利技术所提供的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的结构示意图。图2为表示本专利技术所提供的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器横截面的斜视图。图3为本专利技术所提供的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的石墨烯薄膜层表面的扫描电子显微镜图。图中：1—金属基层，2—石墨烯薄膜层，3—焊接部。具体实施方式下面对本专利技术的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的结构及其制备方法进行详细说明。首先，参照附图对本专利技术的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的结构进行详细说明。本专利技术所提供的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的结构如图1所示，本专利技术的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器，包括金属基层1、石墨烯薄膜层2以及焊接部3。所述金属基层1是由铝、铜、银、铂金之中的任意一种金属或者几种金属形成的合金等厚条状金属片，其厚度为0.05～1mm。在所述条状金属片表面上均匀沉积有一层所述石墨烯薄膜层2，其厚度与单层或少层石墨烯的厚度相等。所述焊接部3处于所述高导热性能石墨烯/金属复合多层散热器的外侧。图2为本专利技术所提供的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器横截面的斜视图。可以看出，本专利技术的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器是由所述金属基层1与均匀沉积在所述金属基层1表面上的所述石墨烯薄膜层2一起紧密地卷成圆饼状而构成的，在散热器内部，所述金属层1与所述石墨烯薄膜层2相互交替叠加，形成一种螺旋多层复合结构。本专利技术的所述石墨烯薄膜层2是利用电泳沉积法将上述石墨烯片在所述金属基层1表面上电沉积而形成的薄膜。图3是表示本专利技术所提供的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的石墨烯薄膜层2的表面形貌扫描电子显微镜图。如图3所示，在所述石墨烯薄膜层2中所述石墨烯片几乎都与衬底(所述金属基层1)平行，而且均匀地平躺在所述衬底表面上，与所述衬底或相互之间连接得紧密无缝。表明，本专利技术的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器不仅解决了石墨烯在复合材料中的趋向问题，而且还加大了石墨烯与基层之间的接触面积，因此能够大幅度提高散热器的导热性能。另外，根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器，其特征在于，包括：金属基层、石墨烯薄膜层和焊接部；其中，所述石墨烯薄膜层均匀沉积在金属基层表面上形成石墨烯金属复合层，石墨烯金属复合层紧密地卷成圆饼状而形成金属基层与石墨烯薄膜层相互交替叠加的螺旋多层复合结构，最外层的石墨烯金属复合层边缘处与多层复合结构外表面焊接形成焊接部。

【技术特征摘要】
1.一种高导热性能石墨烯金属复合多层散热器，其特征在于，包括：金属基层、石墨烯薄膜层和焊接部；其中，所述石墨烯薄膜层均匀沉积在金属基层表面上形成石墨烯金属复合层，石墨烯金属复合层紧密地卷成圆饼状而形成金属基层与石墨烯薄膜层相互交替叠加的螺旋多层复合结构，最外层的石墨烯金属复合层边缘处与多层复合结构外表面焊接形成焊接部。2.如权利要求1所述石墨烯金属复合多层散热器，其特征在于，所述金属基层是厚度均匀的条状铜片、铝片、银片、铂金中的任意一种金属片或铝合金片，所述金属基层厚度为0.05～1mm范围内的任意值。3.如权利要求1或2所述石墨烯金属复合多层散热器，其特征在于，所述石墨烯薄膜层是由均匀电泳沉积在所述金属基层表面上的单层或少层石墨烯片层构成，所述石墨烯片均匀平躺在所述金属基层上，且与所述金属基层或所述石墨烯片之间相互紧密结合。4.一种如权利要求1所述的高导热性能石墨烯金属复合多层散热器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：用无水乙醇溶液与石墨烯粉末配制成浓度为0.01～0.025mg/ml的石墨烯混合液，然后，在所述混合液中再加入金属盐，使得金属盐的浓度达到0.3～1mg/ml，再用超声波分散3～5h，获得均匀分散的石墨烯电泳液；第二步：采取一条厚度为0.05～1mm的等厚条形金...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷达，易汉平，李勇，刘庆龙，孟根其其格，董布和，孙丽娅，焦瑞瑞，刘乐，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市紫荆创新研究院，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15