CN101318220A

CN101318220A - 纳米碳包裹铜纳米粒子的制备方法及作为导热填料的应用

Info

Publication number: CN101318220A
Application number: CNA2008100282591A
Authority: CN
Inventors: 张海燕; 陈进; 陈易明
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2008-12-10

Abstract

本发明公开了一种纳米碳包裹铜纳米粒子的制备方法及作为导热填料的应用，本发明的制备方法是将质量百分比为90～10％的纯铜粉末与质量百分比为10～90％纯石墨粉末混合制成阳极复合棒，真空反应室通入Ar气，反应电压20～30V，电流60～200A，Ar气压10～90kPa，维持在该压强下放电，放电后收集反应生成的产物得到碳包铜纳米粒子；纳米碳包裹铜纳米粒子的应用是作为导热填料均匀分散在硅油中；碳包金属纳米粒子具有高效的散热功能，用纳米碳包的铜纳米粒子既可以金属纳米粒子实现对热量的高效率传递，也可以改善金属纳米粒子的形变能力，抗腐蚀性和绝缘性能，同时还可降低重量，并且由于它有效地解决热接触的问题，可以应用于各种电子产品的散热封装上。

Description

纳米碳包裹铜纳米粒子的制备方法及作为导热填料的应用

技术领域

本发明涉及一种碳包裹铜纳米粒子的制备方法，还涉及碳包裹铜纳米粒子作为导热填料的应用。

背景技术

在电子产品封装用的导热材料中，由于作为绝缘基底材料的高分子聚合物导热性能很差，通常要填加高热导性填料，导热材料的关键成分是填料，其作用在于导热，作为导热填料应该满足以下几点要求：(1)高导热率。(2)低的热膨胀系数。(3)低密度。(4)高的抗腐蚀性，很多金属是很好的热导体，但其抗腐蚀性较差也限制了其在某些场合的使用，要求填料不易被氧化变质，从而影响其性质。(5)很好的形变能力。只有较好的变形能力，才能使得导热填料和衬底和散热片更好的结合。发挥其导热的性能。纳米碳材料是完全具备上述5点要求的综合性能优异的导热填料。纳米碳材料热导率理论值高达2000W/m·K，远高于常用的无机导热填料的理论值，如铝、铜、金、钼、刚玉粉、氮化铝、炭化硅，其热导率分别为247、398、315、142、39、320、270W/m·K。而金属导热填料还有密度大，不耐酸碱，耐腐蚀性差等缺点。较之传统的导热填料，纳米碳材料体系是一种新型高导热，高化学稳定性，热膨胀系数小，密度低的综合性能优异的导热填料。它既可以改善基体介质的热传导性能，实现对热量的高效率传递，同时还可以利用其特殊纳米碳层结构特性，克服传统金属粒子导热填料的形变能力差的缺点，有效地解决热接触的问题，同时还改善了金属的抗腐蚀性能，降低导热层重量，因而有助于克服现有导热填料的不足而成为性能优越的纳米导热材料。对碳包铜纳米粒子导热填料的研究目前国内均未见有相关报道。

发明内容

纳米碳包裹铜纳米粒子是一种纳米复合导热材料体系。这种碳包结构的铜金属纳米粒子具有不同于单纯的金属纳米粒子的性能，高分辨电镜揭示了这些复合的纳米粒子具有独特的纳米相，是由纳米非晶碳包住的金属纳米粒子。本发明结合了纳米碳和纳米金属的优点，通过在纳米碳粒子内部加入一定的高导热性能金属铜制备出纳米碳包的金属纳米粒子作为导热填料。使碳包金属纳米粒子有比金属好的变形能力，因此可以和电子元器件很好的贴和，大大的增加传热面积。强化传热效果。再者当无机填料的尺寸减小到纳米水平，其本身的导热性会因粒子内原子间距和结构的变化而发生质的变化，一般认为传热通过界面发生，而纳米粉体颗粒小，比表面大，具有更多的界面，因而有利于传热。

本发明所述的碳包铜纳米粒子含有纳米铜和纳米碳；其中碳占质量百分比为10～90％，铜占质量百分比为90～10％，外观在透射电镜中观察为纳米级的碳包层包裹着铜纳米粒子.碳包层外径分布为30～100nm，铜纳米粒子外径分布为5～50nm。碳包纳米粒子制备工艺为：采用直流碳弧法，直流碳弧法中的阴极用纯石墨棒，将质量百分比为90～10％的纯铜粉末与质量百分比为10～90％纯石墨粉末混合制成阳极复合棒，真空反应室通入Ar气，反应电压20～30V，电流60～200A，Ar气压10～90kPa，维持在该压强下放电，放电后收集反应生成的产物得到碳包铜纳米粒子。

使用上述碳包铜纳米粒子作为导热填料均匀分散在硅油中，上述碳包铜纳米粒子作为导热填料的重量百分比是1～3％。

本发明的有益效果是使用碳包铜纳米粒子填料均匀分散在硅油中，可以明显地提高系统的导热性能，当填料重量百分比1～3％，硅油的导热系数可提高40～95％.

碳包金属纳米粒子具有高效的散热功能，用纳米碳包的铜纳米粒子既可以金属纳米粒子实现对热量的高效率传递，也可以改善金属纳米粒子的形变能力，抗腐蚀性和绝缘性能，同时还可降低重量，并且由于它有效地解决热接触的问题，其效果高于铜纳米粒子导热填料。可以应用于各种电子产品的散热封装上。

具体实施方式

实施例1：

称取含铜10％比例的纯铜粉与纯石墨粉混合制成阳极复合棒，阴极用纯石墨棒，将两电极装入反应室中，采用直流碳弧法，通入高纯Ar气，反应电压20V，电流60A，Ar气压10kPa，在电弧放电下反应得到深黑色蓬松的碳包铜纳米粒子。碳包铜纳米粒子的形貌和粒径由透射电子显微镜观测，其外径为20～50nm.使用碳包铜纳米粒子填料均匀分散在硅油中，可以明显地提高系统的导热性能，当填料重量百分比达到1％，硅油的导热系数可提高40％.

实施例2：

称取含铜30％比例的纯铜粉与纯石墨粉混合制成阳极复合棒，阴极用纯石墨棒，将两电极装入反应室中，采用直流碳弧法，通入高纯Ar气，反应电压23V，电流120A，Ar气压30kPa，在电弧放电下反应得到深黑色蓬松的碳包铜纳米粒子。碳包铜纳米粒子的形貌和粒径由透射电子显微镜观测，其外径为35～60nm.使用碳包铜纳米粒子填料均匀分散在硅油中，可以明显地提高系统的导热性能，当填料重量百分比达到2％，硅油的导热系数可提高60％.

实施例3：

称取含铜50％比例的纯铜粉与纯石墨粉混合制成阳极复合棒，阴极用纯石墨棒，将两电极装入反应室中，采用直流碳弧法，通入高纯Ar气，反应电压25V，电流150A，Ar气压50kPa，在电弧放电下反应得到深黑色蓬松的碳包铜纳米粒子。碳包铜纳米粒子的形貌和粒径由透射电子显微镜观测，其外径为40～80nm.使用碳包铜纳米粒子填料均匀分散在硅油中，可以明显地提高系统的导热性能，当填料重量百分比达到3％，硅油的导热系数可提高80％.

实施例4：

称取含铜70％比例的纯铜粉与纯石墨粉混合制成阳极复合棒，阴极用纯石墨棒，将两电极装入反应室中，采用直流碳弧法，通入高纯Ar气，反应电压28V，电流180A，Ar气压70kPa，在电弧放电下反应得到深黑色蓬松的碳包铜纳米粒子。碳包铜纳米粒子的形貌和粒径由透射电子显微镜观测，其外径为45～90nm.使用碳包铜纳米粒子填料均匀分散在硅油中，可以明显地提高系统的导热性能，当填料重量百分比达到2％，硅油的导热系数可提高75％.

实施例5：

称取含铜70％比例的纯铜粉与纯石墨粉混合制成阳极复合棒，阴极用纯石墨棒，将两电极装入反应室中，采用直流碳弧法，通入高纯Ar气，反应电压30V，电流200A，Ar气压70kPa，在电弧放电下反应得到深黑色蓬松的碳包铜纳米粒子。碳包铜纳米粒子的形貌和粒径由透射电子显微镜观测，其外径为50～100nm.使用碳包铜纳米粒子填料均匀分散在硅油中，可以明显地提高系统的导热性能，当填料重量百分比达到3％，硅油的导热系数可提高95％.

Claims

1.一种纳米碳包裹铜纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述纳米碳包裹铜纳米粒子的制备采用直流碳弧法，直流碳弧法中的阴极用纯石墨棒，将质量百分比为90～10％的纯铜粉末与质量百分比为10～90％纯石墨粉末混合制成阳极复合棒，真空反应室通入Ar气，反应电压20～30V，电流60～200A，Ar气压10～90kPa，维持在该压强下放电，放电后收集反应生成的产物得到纳米碳包裹铜纳米粒子。

2如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述碳包层外径为30～100nm，铜纳米粒子外径为5～50nm。

3.一种纳米碳包裹铜纳米粒子作为导热填料的应用，其特征在于使用上述纳米碳包裹铜纳米粒子作为导热填料均匀分散在硅油中，上述纳米碳包裹铜纳米粒子作为导热填料的重量百分比是1～3％。