一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用，属于散热材料技术领域。包括：提供金属基底，对金属基底进行等离子体表面处理，得到预处理金属基底；将碳前驱体、一维补强剂和水混合，得到碳前驱体/一维补强剂混合溶液；将碳前驱体/一维补强剂混合溶液喷涂在预处理金属基底的表面后进行反应，得到直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。本发明专利技术通过对金属基底进行等离子体表面处理，使金属基底的表面粗糙度和亲水性能够保证碳前驱体/一维补强剂混合溶液铺展越均匀，适合直立石墨烯纳米片的生长，进而得到均匀分布的直立石墨烯纳米片，一维导热补强剂提供有效的导热通道，从而进一步增强直立石墨烯纳米片复合薄膜的散热性能。散热性能。散热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及散热材料
，尤其涉及一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电子器件逐步向微型化和集成化方向发展，散热材料对于电子器件性能的可靠性显得尤为重要。传统的散热材料虽然能够不同程度地满足散热要求，但是在制备和使用过程中也呈现出各种各样的问题，限制了其在许多领域的应用和发展。目前，主流的芯片散热方式是石墨散热，石墨散热片以薄膜形式应用于芯片表面，通过将芯片发热的中心温度分布到一个大区域，以便均匀散热，但是散热石墨片的加工性(高温高压定型)和应用性(石墨片脆)比较差，不利于其实际应用。与人工石墨膜相比，近年来出现的石墨烯散热薄膜，是一种具有sp2杂化结构的含碳六元环结构，其各项物理和化学性能都非常稳定，相对于传统的金属材料如铜、铝等，石墨烯有着更高的散热性能，开发和应用潜力巨大。
[0003]现有技术中，石墨烯散热薄膜材料的研究主要集中在其膜内导热性能上，目前的石墨烯导热材料难以满足电子器件的实际散热需求，故在电子器件应用中提高其全方位散热性能是目前亟需解决的难题之一。与石墨烯相类似，直立石墨烯纳米片(Vertical Graphene Nanosheets，VGNs)是一种特殊形态的二维材料，由自组装和垂直取向的多层石墨烯薄片构成，这些纳米片高度约为0.1～2.0μm，平均厚度介于几到十几纳米之间，垂直排列形成互联网络结构。这种独特结构的石墨烯材料与散热器散射式“梳子”的结构相似，可实现电子器件热量的高效传递。直立石墨烯纳米片可通过等离子体增强气相沉积法、微弧溅射法、热丝化学气相沉积法等方法制备，如中国专利CN201811589279.6公开了一种简易制备直立石墨烯纳米片阵列的方法，但所制备的直立石墨烯纳米片存在分布不均匀、散热效果不佳的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用。本专利技术制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜分布均匀且散热效果好。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]提供金属基底，所述金属基底的表面存在金属催化剂；
[0008]对所述金属基底进行等离子体表面处理，得到预处理金属基底；
[0009]将碳前驱体、一维补强剂和水混合，得到碳前驱体/一维补强剂混合溶液；
[0010]将所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液喷涂在所述预处理金属基底的表面后进行反应，得到所述直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。
[0011]优选地，所述金属基底的表面粗糙度Ra为50～300nm。
[0012]优选地，所述金属催化剂包括Fe、Ni和Co中的一种或多种。
[0013]优选地，所述预处理金属基底的表面水接触角为5
°
～10
°
。
[0014]优选地，所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液中碳前驱体的浓度为0.2～0.8g/mL。
[0015]优选地，所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液中一维补强剂的浓度为1.0～5.0mg/mL。
[0016]优选地，所述一维补强剂为碳纤维和/或碳纳米管，所述碳纤维的直径为0.1～0.2μm，长度为1.0～4.5μm，所述碳纳米管的外径为5～10nm，内径为5～10nm，长度为10～30μm。
[0017]优选地，所述反应的温度为700～900℃，保温时间为1～4h。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜作为通讯设备中芯片表面散热材料的应用。
[0020]本专利技术提供了一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供金属基底，所述金属基底的表面存在金属催化剂；对所述金属基底进行等离子体表面处理，得到预处理金属基底；将碳前驱体、一维补强剂和水混合，得到碳前驱体/一维补强剂混合溶液；将所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液喷涂在所述预处理金属基底的表面后进行反应，得到所述直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。本专利技术通过对金属基底进行等离子体表面处理，使金属基底的表面粗糙度和亲水性能够保证碳前驱体/一维补强剂混合溶液铺展越均匀，适合直立石墨烯纳米片的生长，进而得到均匀分布的直立石墨烯纳米片，一维导热补强剂在直立石墨烯纳米片之间起到搭接作用，提供有效的导热通道，从而进一步增强直立石墨烯纳米片复合薄膜的散热性能。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜，本专利技术制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜具有类似散射式“梳子”的结构，石墨烯纳米片在薄膜厚度方向上有统一的取向，有利于薄膜散热性能的提高；一维导热补强剂在直立石墨烯纳米片之间起到搭接作用，提供有效的导热通道，从而进一步增强直立石墨烯纳米片复合薄膜的散热性能。
附图说明
[0022]图1中a和a
′
分别为实施例1中碳纤维处理前后在葡萄糖溶液中的分散照片，b和b
′
分别为实施例1中打磨后不锈钢片氧等离子体处理前后表面接触角照片；
[0023]图2为实施例2制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的Raman谱图；
[0024]图3中a为实施例2制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的SEM照片，b为实施例2制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜斜45
°
面的SEM照片；
[0025]图4为实施例2制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的TEM照片；
[0026]图5为实施例4制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的SEM照片。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0028]提供金属基底，所述金属基底的表面存在金属催化剂；
[0029]对所述金属基底进行等离子体表面处理，得到预处理金属基底；
[0030]将碳前驱体、一维补强剂和水混合，得到碳前驱体/一维补强剂混合溶液；
[0031]将所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液喷涂在所述预处理金属基底的表面后进行反应，得到所述直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。
[0032]在本专利技术中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0033]本专利技术提供金属基底，所述金属基底的表面存在金属催化剂。
[0034]在本专利技术中，所述金属催化剂优选包括Fe、Ni和Co中的一种或多种。
[0035]在本专利技术中，所述金属基底优选为不锈钢或白铜，所述不锈钢优选为304不锈钢。
[0036]在本专利技术中，所述金属基底的表面粗糙度Ra优选为50～300nm，所述表面粗糙度Ra越大，裸露的金属催化剂越多，促进直立石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供金属基底，所述金属基底的表面存在金属催化剂；对所述金属基底进行等离子体表面处理，得到预处理金属基底；将碳前驱体、一维补强剂和水混合，得到碳前驱体/一维补强剂混合溶液；将所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液喷涂在所述预处理金属基底的表面后进行反应，得到所述直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属基底的表面粗糙度Ra为50～300nm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属催化剂包括Fe、Ni和Co中的一种或多种。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述预处理金属基底的表面水接触角为5
°
～10
°
。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾卫红，闫梦婷，王金清，杨生荣，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：