[發明專利]一種層狀復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011026749.5
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN114250492A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 吳忠;陳景云;秦真波;鄧意達;胡文彬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38;C25D5/10;C25D5/18;C25D9/04;C09K5/14;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 李玲

本發明公開了一種層狀復合材料及其制備方法和應用，所述層狀復合材料包括石墨烯層以及復合于所述石墨烯層上表面和下表面的金屬銅層，每一所述金屬銅層的厚度為微米級，所述石墨烯層的厚度為納米級。保證了石墨烯的定向分布，可充分發揮RGO水平方向高導熱系數的優勢。

技術領域

本發明涉及導熱材料技術領域，特別是涉及一種層狀復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

在微/納電子領域，隨著各類電子設備及組件向微型化、輕型化、集成化、多功能化快速發展，其工作頻率以及組裝密度都在不斷增大。帶來的弊端就是電子器件在工作過程中會產生和累積大量熱量。但是微電子器件體積很小，高溫永遠是影響電子元件穩定性的殺手。為了解決芯片集成度越來越高，而散熱空間嚴重不足的窘境，要求導熱材料要有高導熱系數和低熱膨脹系數，來保證正常使用。

石墨烯的出現為新一代散熱材料的研制開辟了新的紀元。單層具有完美晶格的石墨烯沿面向的熱導率高達～5300W/mK，是迄今為止熱導率最高的材料。但是由于石墨烯本身的尺寸非常小(厚度只有不到1納米，二維方向尺寸在幾微米到幾十微米)，在納觀尺度難以控制。金屬銅是目前使用較為廣泛的高導熱材料，但存在熱膨脹系數大的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的石墨烯和金屬銅作為散熱材料存在局限性的問題，而提供一種銅/石墨烯/銅導熱層狀復合材料，石墨烯和銅進行復合既可克服石墨烯尺寸較小的缺點又可克服銅熱膨脹系數大的問題。同時，可保證石墨烯的定向性。

本發明的另一個目的是提供所述層狀復合材料的制備方法。

本發明的另一個目的是提供所述層狀復合材料的應用。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種層狀復合材料，包括石墨烯層以及復合于所述石墨烯層上表面和下表面的金屬銅層，每一所述金屬銅層的厚度為微米級，所述石墨烯層的厚度為納米級。

在上述技術方案中，所述每一所述金屬銅層的厚度為10-100um，所述石墨烯層的厚度為10-50nm。

一種制備層狀復合材料的方法，包括以下步驟：

步驟1，配置氧化石墨烯分散液：將氧化石墨烯均勻分散于水中，得到GO溶液；

步驟2，配置硫酸銅鍍液：將光亮劑、硫酸及硫酸銅均勻分散于水中，得到銅鍍液；

步驟3，采用二電極體系和直流脈沖電源，以所述硫酸銅鍍液為電解液，在電流密度為1-10A/dm²的條件下，將二價銅離子還原成銅顆粒，在陰極板上沉積10-60min，得到所述金屬銅層。

步驟4，在所述金屬銅層上用恒電位脈沖法電沉積RGO(石墨烯層)：采用三電極體系，以步驟3得到的金屬銅層為工作電極，以所述氧化石墨烯分散液為電解液，在預定高低電位條件下，在工作電極上沉積40-3600s，得到金屬銅/RGO二層結構。

步驟5，在金屬銅/RGO二層結構上電沉積金屬銅。采用二電極體系和直流脈沖電源，以金屬銅/RGO二層結構為陰極，以所述硫酸銅鍍液為電解液，在電流密度為1-10A/dm²的條件下，將二價銅離子還原成銅顆粒，在金屬銅/RGO二層結構上沉積10-60min，得到銅/石墨烯/銅導熱層狀復合材料。

在上述技術方案中，所述步驟1中GO溶液中氧化石墨烯的濃度為0.05-1mg/ml。

在上述技術方案中，所述步驟2中光亮劑為氯化鈉，所述光亮劑、硫酸、硫酸銅和水的質量比為(0.03～0.1)：(7～9)：(150-250)：(900-1100)。

在上述技術方案中，所述步驟3中，所述二電極體系中陽極為含磷銅板或者純銅板，陰極為不銹鋼片。