CN105789155B - 一种石墨烯复合金属箔及其制备方法 - Google Patents
一种石墨烯复合金属箔及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105789155B CN105789155B CN201410819604.9A CN201410819604A CN105789155B CN 105789155 B CN105789155 B CN 105789155B CN 201410819604 A CN201410819604 A CN 201410819604A CN 105789155 B CN105789155 B CN 105789155B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- metal foil
- metallic material
- hole
- composite metallic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 204
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 203
- 239000011888 foil Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 7
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- VCDRAONLIPOEFL-UHFFFAOYSA-N 4-n-[4-(4-anilinoanilino)phenyl]benzene-1,4-diamine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1NC(C=C1)=CC=C1NC(C=C1)=CC=C1NC1=CC=CC=C1 VCDRAONLIPOEFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 8
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 8
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 8
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 8
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 8
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 5
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- -1 graphite Alkene Chemical class 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HMAZDVIDTHQYSU-UHFFFAOYSA-N 1,1-dichloroethane;methylsulfinylmethane Chemical class CC(Cl)Cl.CS(C)=O HMAZDVIDTHQYSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSNIIMCBVLBNGS-UHFFFAOYSA-N 1-(1,3-benzodioxol-5-yl)-2-(dimethylamino)propan-1-one Chemical compound CN(C)C(C)C(=O)C1=CC=C2OCOC2=C1 OSNIIMCBVLBNGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000027950 fever generation Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- AHADSRNLHOHMQK-UHFFFAOYSA-N methylidenecopper Chemical compound [Cu].[C] AHADSRNLHOHMQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明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。本发明还提供一种石墨烯复合金属箔的制备方法。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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CN 103476227A)。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。
发明内容
本发明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，本发明提出以下技术方案：
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％。
本发明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，本发明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。本发明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。本发明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。而本发明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为本发明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为本发明实施例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发明提供的石墨烯复合金属箔及其制备方法作进一步说明。
本发明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。
本发明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，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
请参阅图1，本发明提供一种石墨烯复合金属箔，其通过以下制备方法可得到。所述制备方法包括以下步骤：
(1)将金属箔1进行表面清洗处理，处理过程包括：除油、酸洗、水洗、醇洗、烘干；
其中，所述金属箔1的厚度为5μm～500μm。优选的，所述金属箔1的厚度为10μm～100μm。
(2)将清洗后的金属箔1进行开孔处理，开孔方式包括激光打孔、等离子打孔、机械钻孔、化学刻蚀孔等，得到多个贯穿孔2；
其中，所述贯穿孔2的孔径为1μm～1000μm，孔密度为101个/cm2～106个/cm2。为了使金属箔1散热更均匀，优选的，所述贯穿孔2的孔径为10μm～500μm，孔密度为102个/cm2～104个/cm2；
(3)将石墨烯与分散剂在溶剂中混合形成石墨烯分散液；
具体的，将石墨烯、分散剂和溶剂通过高速搅拌、超声、球磨和/或砂磨等手段进行分散，得到均相且稳定的石墨烯分散液。所述分散剂为苯胺低聚物。所述苯胺低聚物具有良好的溶解性，可溶于所述溶剂中。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。该苯胺低聚物可与石墨烯之间形成π-π相互作用力而实现结合。具体的，由于所述苯胺低聚物中的苯环由于和石墨烯结构相近，因而所述苯胺低聚物可与石墨烯之间形成π-π键而实现与石墨烯均匀混合。需要指出的是，利用苯胺低聚物与石墨烯之间形成π-π键，这种方式不同于化学接枝改性，其并不破坏石墨烯本身的结构，也不同于物理性包覆石墨烯的高分子，其并不牺牲石墨烯的性能。也就是说，通过苯胺低聚物修饰改性石墨烯，其仅使石墨烯的分散性和稳定性更好，而并不破坏石墨烯的结构，也不降低石墨烯原有的性能。
所述溶剂可为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、甲苯、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜二氯乙烷中的一种或组合。所述石墨烯分散液中石墨烯的质量百分比(即固含量)为0.1％～10％。
(4)将进行开孔处理的金属箔1放入石墨烯分散液中，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石墨烯。由于苯胺低聚物带正电使得石墨烯分散液也带正电，而清洁的金属箔表面带负电，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。
该沉积于金属箔的表面和贯穿孔的孔壁的石墨烯连成一体形成层状结构，而将金属箔夹在中间并套牢。所述石墨烯层3由多层纯的石墨烯组成。所述石墨烯层3覆盖所述金属箔1的表面和贯穿孔2的孔壁。所述石墨烯层3中石墨烯的层数为1层～100层。所述石墨烯层3的厚度为0.01μm～10μm。得到的石墨烯复合金属箔的热导率为500W/m·K～2000W/m·K，石墨烯与金属箔1的结合强度为1Mpa～100Mpa。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，本发明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，本发明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。本发明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。本发明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，通过静电吸附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。而本发明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。
为进一步描述本发明，下面为所述石墨烯复合金属箔的制备方法，在不同参数下的具体实施例：
实施例1：
称取100g石墨烯、5g苯胺三聚体和900g水，在高速搅拌下混合均匀形成固含量为10％的石墨烯分散液。选取35μm厚的铜箔，并对其进行除油、酸洗、水洗、醇洗、烘干等清洗处理。将清洗后的铜箔进行激光打孔处理，得到多个贯穿孔。所述贯穿孔的孔径为100μm，孔密度为2000个/cm2。然后将进行开孔处理过的铜箔浸入到上述石墨烯分散液中，1min后取出，烘干即得石墨烯复合铜箔。在铜箔的表面和贯穿孔的孔壁形成石墨烯，所述石墨烯层的厚度为1μm。
对所述石墨烯复合铜箔进行性能测试。具体的，通过热反射法薄膜导热系数测量仪(型号Nano TR，德国NETZSCH公司)测得其热导率；通过拉开法附着力测试仪(型号PosiTest AT，美国DeFelsko公司)测得石墨烯与金属箔的结合强度。测试结果为：石墨烯复合铜箔的热导率为800W/m·K，石墨烯与铜箔的结合强度为10Mpa。
还对所述石墨烯复合铜箔进行了显微镜下拍照以及Raman光谱测试。请参阅图2，可见在铜箔的表面均匀分布有多个贯穿孔。请参阅图3a和图3b，可见，在铜箔的表面以及贯穿孔的位置所得到的Raman图均在1600cm-1和2700cm-1位置附近出现了分别对应于石墨烯的G峰和2D峰的吸收峰，这说明在铜箔的表面以及贯穿孔的内壁均覆盖有所述石墨烯。
实施例2：
称取10g石墨烯、3g苯胺四聚体和990g乙醇，在高速搅拌下混合均匀形成固含量为1％的石墨烯分散液。选取5μm厚的金箔，并对其进行除油、酸洗、水洗、醇洗、烘干等清洗处理。将清洗后的金箔进行等离子开孔处理，得到多个贯穿孔。所述贯穿孔的孔径为1μm，孔密度为105个/cm2。然后将进行开孔处理过的金箔浸入到上述石墨烯分散液中，5min后取出，烘干即得石墨烯复合金箔。在金箔的表面和贯穿孔的孔壁形成石墨烯层，所述石墨烯层的厚度为0.5μm。
对所述石墨烯复合金箔进行性能测试。测试方法同实施例1。测试结果为：所述石墨烯复合金箔的热导率为1000W/m·K，石墨烯与金箔的结合强度为20Mpa。
实施例3：
称取5g石墨烯、2g苯胺五聚体和995g丙酮，在高速搅拌下混合均匀形成固含量为5‰的石墨烯分散液。选取100μm厚的银箔，并对其进行除油、酸洗、水洗、醇洗、烘干等清洗处理。将清洗后的银箔进行化学刻蚀开孔处理，得到多个贯穿孔。所述贯穿孔的孔径为10μm、孔密度为104个/cm2。然后将进行开孔处理过的银箔浸入到上述石墨烯分散液中，2min后取出，烘干即得石墨烯复合银箔。在银箔的表面和贯穿孔的孔壁形成石墨烯层，所述石墨烯层的厚度为0.1μm。
对所述石墨烯复合银箔进行性能测试。测试方法同实施例1。测试结果为：所述石墨烯复合银箔的热导率为1500W/m·K，石墨烯与银箔的结合强度为5Mpa。
实施例4：
称取2g石墨烯、2g苯胺六聚体和998g四氢呋喃，在高速搅拌下混合均匀形成固含量为2‰的石墨烯分散液。选取500μm厚的铝箔，并对其进行除油、酸洗、水洗、醇洗、烘干等清洗处理。将清洗后的铝箔进行机械钻孔处理，得到多个贯穿孔。所述贯穿孔的孔径为500μm，孔密度为102个/cm2。然后将进行开孔处理过的铝箔浸入到上述石墨烯分散液中，10min后取出，烘干即得石墨烯复合铝箔。在铝箔的表面和贯穿孔的孔壁形成石墨烯层，所述石墨烯层的厚度为0.3μm。
对所述石墨烯复合铝箔进行性能测试。测试方法同实施例1。测试结果为：所述石墨烯复合铝箔的热导率为500W/m·K，石墨烯与铝箔的结合强度为2Mpa。
实施例5：
称取1g石墨烯、1g苯胺三聚体、1g苯胺四聚体和999g甲苯，在高速搅拌下混合均匀形成固含量为1‰的石墨烯分散液。选取200μm厚的镀镍铜箔，并对其进行除油、酸洗、水洗、醇洗、烘干等清洗处理，将清洗后的镀镍铜箔进行激光打孔处理，得到多个贯穿孔。所述贯穿孔的孔径为50μm，孔密度为103个/cm2。然后将进行开孔处理过的镀镍铜箔浸入到上述石墨烯分散液中，8min后取出，烘干即得石墨烯复合镀镍铜箔。在镀镍铜箔的表面和贯穿孔的孔壁形成石墨烯层，所述石墨烯层的厚度为0.2μm。
对所述石墨烯复合镀镍铜箔进行性能测试。测试方法同实施例1。测试结果为：所述石墨烯复合镀镍铜箔的热导率为1200W/m·K，石墨烯与镀镍铜箔的结合强度为1Mpa。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
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：所述石墨烯的层数为1层～100层，厚度为0.01μm～10μm。
4.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述贯穿孔的孔径为1μm～1000μm，孔密度为101个/cm2～106个/cm2。
5.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述贯穿孔的孔径为10μm～500μm，孔密度为102个/cm2～104个/cm2。
6.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述石墨烯平行于金属箔表面或贯穿孔的孔壁。
7.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。
8.根据权利要求1所述的石墨烯复合金属箔，其特征在于：所述石墨烯分散液中石墨烯的质量百分比为0.1％～10％。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410819604.9A CN105789155B (zh) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | 一种石墨烯复合金属箔及其制备方法 |
| TW104139658A TWI602611B (zh) | 2014-12-02 | 2015-11-27 | 一種石墨烯分散劑及其應用 |
| EP15865917.7A EP3228592A4 (en) | 2014-12-02 | 2015-11-27 | GRAPHIC DISPERSION AGENTS AND THE APPLICATION THEREOF |
| PCT/CN2015/095742 WO2016086796A1 (zh) | 2014-12-02 | 2015-11-27 | 一种石墨烯分散剂及其应用 |
| US15/607,552 US10696790B2 (en) | 2014-12-02 | 2017-05-29 | Graphene dispersant and application thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410819604.9A CN105789155B (zh) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | 一种石墨烯复合金属箔及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105789155A CN105789155A (zh) | 2016-07-20 |
| CN105789155B true CN105789155B (zh) | 2019-02-26 |
Family
ID=56378388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410819604.9A Active CN105789155B (zh) | 2014-12-02 | 2014-12-24 | 一种石墨烯复合金属箔及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105789155B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106455442B (zh) * | 2016-11-02 | 2019-03-15 | 上海博息电子科技有限公司 | 一种超薄石墨烯高导复合材料 |
| CN108237063B (zh) * | 2016-12-23 | 2020-07-31 | 北京赛特石墨烯科技有限公司 | 一种金属防腐石墨烯复合涂层的制备方法 |
| CN108672249A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-19 | 北京石墨烯技术研究院有限公司 | 一种各向异性石墨烯复合金属材料及其制备方法 |
| CN109546158B (zh) * | 2018-11-12 | 2022-05-06 | 王春龙 | 一种具有石墨烯导电层的金属双极板及其制作方法 |
| CN109524513A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-26 | 江苏新广联半导体有限公司 | 一种硅基倒装led芯片及其制作方法 |
| CN112853432A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-05-28 | 南京大学 | 一种石墨烯/铝复合材料散热薄膜的制备方法 |
| CN115548254A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-12-30 | 重庆石墨烯研究院有限公司 | 一种石墨烯铜箔电极及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103086362A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-05-08 | 武汉工程大学 | 电活性苯胺齐聚物修饰石墨烯的制备方法 |
| CN103100314A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-05-15 | 大连理工大学 | 一种制备聚苯胺改性中性导电滤膜的方法 |
| CN203015365U (zh) * | 2012-12-24 | 2013-06-19 | 郑淳展 | 散热片 |
| CN103258802A (zh) * | 2012-02-15 | 2013-08-21 | 松下电器产业株式会社 | 石墨结构体及使用该石墨结构体的电子器件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3670381B2 (ja) * | 1995-03-10 | 2005-07-13 | 株式会社Ｎｅｏｍａｘマテリアル | 熱伝導複合材料とその製造方法 |
| CN101740234B (zh) * | 2010-03-03 | 2012-03-28 | 中国科学院电工研究所 | 一种含氧石墨烯粉体及含氧石墨烯/四聚苯胺的 粉体的制备方法 |
-
2014
- 2014-12-24 CN CN201410819604.9A patent/CN105789155B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103258802A (zh) * | 2012-02-15 | 2013-08-21 | 松下电器产业株式会社 | 石墨结构体及使用该石墨结构体的电子器件 |
| CN103086362A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-05-08 | 武汉工程大学 | 电活性苯胺齐聚物修饰石墨烯的制备方法 |
| CN203015365U (zh) * | 2012-12-24 | 2013-06-19 | 郑淳展 | 散热片 |
| CN103100314A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-05-15 | 大连理工大学 | 一种制备聚苯胺改性中性导电滤膜的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105789155A (zh) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105789155B (zh) | 一种石墨烯复合金属箔及其制备方法 | |
| CN105792598B (zh) | 一种石墨烯复合金属箔 | |
| Fu et al. | Graphene related materials for thermal management | |
| Zhang et al. | Improved heat spreading performance of functionalized graphene in microelectronic device application | |
| Meziani et al. | Boron nitride nanomaterials for thermal management applications | |
| CN204461194U (zh) | 一种复合导热片 | |
| Bhanushali et al. | Copper nanowire‐filled soft elastomer composites for applications as thermal interface materials | |
| Mahanta et al. | Graphite–graphene hybrid filler system for high thermal conductivity of epoxy composites | |
| Wu et al. | Enhancing out-of-plane thermal conductivity of polyimide-based composites via the construction of inter-external dual heat conduction network by binary fillers | |
| He et al. | Synergistic effects on the enhancement of thermal conductive properties of thermal greases | |
| CN108368418B (zh) | 二维热传导材料及其用途 | |
| An et al. | Interacted boron nitride/Mxene hybrids with vertically aligned networks for improving the thermal conductivity, electromagnetic wave absorption and mechanical properties for the polymer-based thermal interface materials | |
| CN108823615A (zh) | 高导热纳米铜—石墨膜复合材料的制备方法 | |
| CN105778134B (zh) | 一种石墨烯复合高分子膜材料及其制备方法 | |
| JP2017052978A (ja) | 放熱部品及びその製造方法 | |
| Tao et al. | Enhancement of in-plane thermal conductivity of flexible boron nitride heat spreaders by micro/nanovoid filling using deformable liquid metal nanoparticles | |
| Yang et al. | Synergistic effect of hybrid fillers/polydimethylsiloxane composites on enhancing thermal conductivity | |
| Tran et al. | Radio frequency-assisted curing of on-chip printed CNT/silicone heatsinks produced by material extrusion 3D printing | |
| CN109337291A (zh) | 一种表面改性石墨烯-氮化碳-环氧树脂的热界面材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Magnetically Oriented 3D-Boron Nitride Nanobars Enable Efficient Heat Dissipation for 3D-Integrated Power Packaging | |
| Ahn et al. | Effects of amphiphilic agent on thermal conductivity of boron nitride/poly (vinyl butyral) composites | |
| Wu et al. | Construction of alumina framework with a sponge template toward highly thermally conductive epoxy composites | |
| CN105783576B (zh) | 一种复合导热片 | |
| CN113881987A (zh) | 巯基苯功能化石墨烯/铜复合导热镀层及制备方法 | |
| Wang et al. | Robust PU foam skeleton coated with hydroxylated BN as PVA thermal conductivity filler via microwave-assisted curing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |