[發明專利]高定向石墨烯-碳納米管混合銅基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811004802.4
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109093108B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 張平;冼耀琪;翟四平;袁朋;姜雄;楊道國
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/105;C22C1/05;C22C9/00;C22C1/10;B01D61/00
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 王華

本發明公開了一種高定向石墨烯?碳納米管混合增強銅基復合材料及其制備方法，涉及導熱功能材料技術領域。所述復合材料由氧化石墨烯納米片5~20wt%、碳納米管5~20wt%和余量銅組成；該方法混合石墨烯和碳納米管兩種懸浮液并加入銅粉，通過真空篩選石墨烯/碳納米管/銅懸浮液后形成石墨烯/碳納米管/銅片，解決了石墨烯和碳納米管定向性差以及增強基無法形成導熱通路的問題；打碎石墨烯/碳納米管/銅之后利用放電等離子體燒結技術制得復合材料。本發明可使石墨烯和碳納米管高定向分布在基體材料中，并且形成三維導熱通路，同時提高銅基材料的熱導率。

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料技術領域，具體涉及一種高定向石墨烯-碳納米管混合銅基復合材料及其制備方法。

背景技術

接觸熱阻對于表征熱管理中界面的熱傳遞非常重要，這是由宏觀和微觀尺度上的兩種材料的復雜微觀形貌或能量載流子(聲子，電子，光子)傳輸不匹配引起的。隨著工程應用中微納米技術的應用，造成電子器件功率密度飆升，接觸熱阻能夠占用封裝中總熱預算的一半，直接影響產品的可靠性，性能，功耗甚至壽命。熱界面材料的應用是降低接觸熱阻的重要手段，對其研究也是科學領域中的一個熱點問題。

在200W/cm²以上量級的超高熱流密度條件下，系統的溫度水平將更高，溫度分布將更加不均勻，溫度控制難度將更大。在高功率電子系統中，如功率芯片以200W/cm²的熱耗散密度計算，如果功率器件與組件的表面不進行特殊處理，兩個單元只是簡單組合涂抹普通的熱界面材料，那么兩者之間的接觸熱阻以目前市場較高水平40mm²℃/W(已經商業化的界面導熱材料其熱阻大多在30～200mm²℃/W之間)估算，則僅功率器件與組件的之間的溫差將達到80℃。目前常用的導熱膏、導熱膠和相變材料(PCM)等熱界面材料、自身有效導熱系數較低。所以眾多學者將目光轉向金屬基復合材料，低維材料如石墨烯、碳納米管等由于其優良的導熱性能和其他綜合性能被當做填料加入金屬材料，但傳統混合制備方法中，填料自由分散，且互不相連，大大降低了低維填料的高導熱性能在復合材料中發揮作用。因此，下一代的熱界面材料的研究熱點在于使用低維材料以及納米顆粒等作為填料，采用科學的方法使新型填料高定向分布并形成導熱通路制備出綜合性能優良的熱界面材料。

發明內容

為了解決石墨烯和碳納米管在銅基體中定向差以及增強基無法形成導熱通路的問題，本發明的目的是提供一種高定向石墨烯-碳納米管混合銅基復合材料及其制備方法，可使石墨烯和碳納米管高定向分布在基體材料中，并且形成三維導熱通路，同時提高銅基材料的熱導率。

針對上述技術問題，本發明提供的技術方案是：一種高定向石墨烯-碳納米管混合增強銅基復合材料，由下列重量百分比的組分組成：

氧化石墨烯納米片5～20wt％，碳納米管5～20wt％，余量為銅。

優選的，所述復合材料中含有下列質量百分比的組分：

氧化石墨烯納米片20wt％，碳納米管20wt％，余量為銅。

所述的高定向石墨烯-碳納米管混合增強銅基復合材料制備方法，包括以下步驟：

S1，將氧化石墨烯和碳納米管在氬氣保護下進行高溫退火處理；

S2，將處理后的氧化石墨烯和碳納米管加入到無水乙醇中超聲分散30-60min，隨后加入銅粉，攪拌30-60min，得到復合粉末懸浮液；

S3，將步驟S2得到的復合粉末懸浮液利用濾膜進行真空篩選，得到氧化石墨烯/碳納米管/銅薄片；

S4，將步驟S3中所得的氧化石墨烯/碳納米管/銅薄片從濾膜上剝離，隨后自然干燥24小時；

S5，將步驟S4剝離的氧化石墨烯/碳納米管/銅薄片裝入模具內，利用放電等離子燒結工藝進行燒結，制備得到高定向石墨烯-碳納米管銅基復合材料。