[發明專利]一種制備高導熱性能的銅/石墨/銅疊層復合材料的方法

有效

• 申請號: 202010586149.8
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111690963B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 詹科;趙睿;汪田;鮑雷;張亞龍;趙斌;嚴雅
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C25D5/12
• 分類號: C25D5/12;C25D5/54;C25D3/12;C25D3/38
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種制備高導熱性能的銅/石墨/銅疊層復合材料的方法，其包括以下步驟：(1)取石墨薄膜，在其兩側表面均勻沉積一層金屬鎳作為過渡層；(2)再在沉積有過渡層的石墨薄膜的兩側表面電鍍金屬銅，即完成。與現有技術相比，本發明引入金屬鎳做過渡層，在制備過程中，金屬鎳增強了銅和石墨界面的擴散。銅和石墨經過渡層相互擴散，形成清晰的擴散界面，從而大大增強了銅和石墨的界面結合力，進而提高了銅/石墨/銅復合材料的導熱性能。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，涉及一種制備高導熱性能的銅/石墨/銅疊層復合材料的方法。

背景技術

由于電子工業的高速發展，尤其是電腦和手機性能的快速提升，電子元件的熱損耗不斷升高，因此，有效的熱管理對于電子元件變得越來越重要，開發具有高熱導率的熱管理材料具有十分重要的現實意義。目前，石墨薄膜因其優異的導熱性能而受到熱管理材料領域的關注。特別是，具有高熱導率(1100-1600W·m^-1·K^-1)的石墨薄膜已經可以用于集成電路電子設備的散熱。但是，石墨薄膜因其較低的強度和韌性，限制了其在熱管理領域的應用。因此，可以將石墨薄膜與金屬等其他材料結合形成高強度高韌性的熱管理復合材料。其中，銅/石墨復合材料是一種良好的熱管理復合材料。

經對現有技術文獻的檢索發現，由于沒有化學反應的存在，銅和石墨在制備過程中無法形成化學鍵連接，這導致了銅和石墨界面結合力較弱。因此，如何增強銅和石墨的界面結合力是當前研究的重點。目前，粉末冶金法是當下主要采用的制備銅/石墨復合材料的方法。J.Kovacik等人在《International Journal of Thermal Sciences》Volume 90,19January 2019,Page 298-302發表了“Thermal conductivity of Cu-graphitecomposites”論文，采用粉末冶金法在950℃、150MPa下制備了銅/石墨復合材料，但是僅僅增加溫度和壓力，銅和石墨還是會發生界面分離，這對復合材料的導熱性能產生很大影響。因此，如何增強銅和石墨界面結合力是當下研究銅/石墨復合材料的關鍵。

本發明正是為了解決上述問題而提出的。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種制備高導熱性能的銅/石墨/銅疊層復合材料的方法。在石墨薄膜表面電沉積金屬鎳作為過渡層，該過渡層加強了石墨和銅界面的擴散，有效增強了銅和石墨的界面結合力，使其擁有較高的導熱性能。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種制備高導熱性能的銅/石墨/銅疊層復合材料的方法，包括以下步驟：

(1)取石墨薄膜，在其兩側表面均勻沉積一層金屬鎳作為過渡層；

(2)再在沉積有過渡層的石墨薄膜的兩側表面電鍍金屬銅，即完成。

進一步的，步驟(1)中，石墨薄膜在沉積金屬鎳前，先進行預處理，預處理過程具體為：

將石墨薄膜放入NaOH溶液中清洗，去除其表面油污，再將其放入HNO₃溶液中清洗，去除其表面氧化物。

更進一步的，NaOH溶液的濃度為15g/L，浸泡時間為1min。

更進一步的，HNO₃溶液的濃度為25wt％，浸泡時間為1min。

進一步的，沉積金屬鎳的方式為電沉積。

更進一步的，電沉積金屬鎳的過程具體為：將石墨薄膜放入鎳鍍液中，控制鍍液pH為4.4～4.8，鍍液溫度為50～60℃，采用雙電極電鍍，設置電流密度為2-6A/dm²，電鍍時間為2-5min。