[發明專利]含銀顆粒的石墨烯基散熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710291757.4
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107090274B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 李宜彬;孫賢賢;赫曉東;徐帆;林在山;彭慶宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明主要涉及一種含銀顆粒的石墨烯基散熱材料及其制備方法，本發明要解決石墨烯和微米銀顆粒納米復合材料散熱片的成型問題。方法：配制銀顆粒分散液；配制石墨烯分散液；銀顆粒分散液與石墨烯分散液混合；冷凍干燥制備混合粉末；混合粉末熱處理；熱壓燒結得到含銀顆粒的石墨烯基散熱材料；本發明能夠制備厚度可以控制的三維石墨烯基散熱材料。其兼具高熱導率和高輻射率并且有很好的加工性能，有望徹底解決大功率的電子器件的散熱難題。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，具體涉及一種含銀顆粒的石墨烯基散熱材料的制備方法。

背景技術

21世紀LED(Light Emitting Diode)及相關產業在世界各地都得到長足的發展，據調查到2020年，全球LED市場規模將達到1500億美元左右。LED具有體積小、耗電量低、發光效率高、使用壽命長并且綠色環保等優勢，故也得到我國政府的大力支持。LED行業在我國20世紀70年代起步經過近幾十年飛速發展，市場規模不斷擴大。據研究所調查數據顯示，2015年中國LED行業總規模達到3967億元，同比增長15.1％。但是，隨著電子信息產品不斷微型化和電子技術的發展，LED電子產品不斷對其芯片電子高速、高頻運行等性能提出更高的要求，然而內部芯片電子元件在高負荷工作情況下不斷產生熱量，產生的熱量不能及時散失出去會導致LED芯片結點溫度不斷升高，從而嚴重影響了產品的使用壽命，還可能導致光衰等問題。根據有效數據表明，當LED溫度由室溫25℃升高至100℃時，將會導致光輸出效率衰減50％，使用壽命縮短60％左右。因此，散熱問題成了制約LED電子產品發展的重要瓶頸。因此對于散熱材料的研究日益引起科學家的關注，傳統的散熱材料——金屬、人造石墨、熱管等存在密度大、熱導率低、熱輻射系數低等缺點，已經不能滿足電子產品對散熱材料的要求。

具有完美晶格的單層石墨烯熱導率高達～5300W/(m·K)，給新一代散熱材料的研制提供了難得的機遇。如何利用石墨烯的熱學性能成為科學家們研的重點。其中一個戰略就是將石墨烯組裝成宏觀材料，又能充分發揮石墨烯納觀尺度的熱學性能，實現從納觀尺度到宏觀尺度的跨越。

石墨烯散熱膜的研究近年來逐漸深入，其制備方法有有旋涂法、CVD、電化學方法、抽濾法、靜電噴霧沉積等，制備工藝相對比較成熟，熱導率也已經達到～2000W/(m·K)以上。但是石墨烯散熱膜普遍存在熱導率隨薄膜厚度增加而降低的弊端，限制了其廣泛應用。根據傅里葉一維平壁熱傳導的定律：熱通量:Q＝q″·A；q″—熱流密度；A—熱傳導方向上的橫截面積；我們要得到很好的散熱效果，必須有大的熱通量，即制備厚膜或者三維的塊體材料。但是目前石墨烯散熱膜的制備方法，隨著厚度的增加，其致密性難以保證，層間空隙較大造成層間的聲子散射增加，導致了其熱導率急劇下降(Y.Zhang,J.Liu et al,Improved Heat Spreading Performance of Functionalized Graphene inMicroelectronic Device Application[J].Advanced Functional material,2015,25,4430–4435.)。因此，石墨烯散熱材料存在的難題為無法同時實現高熱導率和大厚度(三維塊體)，即無法獲得大的熱通量。

發明內容

為解決上述石墨烯散熱材料無法同時實現高熱導率和大厚度(三維塊體)，即無法獲得大的熱通量的問題，本發明提供一種含銀顆粒的石墨烯基散熱材料及其制備方法，具體是按照以下步驟進行的：

1)配制銀顆粒分散液：將銀顆粒分散在去離子水中；

2)配制石墨烯分散液：將石墨烯粉末分散在去離子水中；

3)銀顆粒分散液與石墨烯分散液混合；

4)冷凍干燥得到納米混合粉末；

5)將混合粉末熱處理；

6)熱壓燒結：將步驟5)得到的混合粉末放入石墨模具中熱壓燒結，即得到含銀顆粒的石墨烯基散熱材料；