CN108486568A - 一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108486568A
CN108486568A CN201810163077.9A CN201810163077A CN108486568A CN 108486568 A CN108486568 A CN 108486568A CN 201810163077 A CN201810163077 A CN 201810163077A CN 108486568 A CN108486568 A CN 108486568A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
graphene
graphite alkene
flaky graphite
laminated film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810163077.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108486568B (zh
Inventor
木士春
王哲
何大平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201810163077.9A priority Critical patent/CN108486568B/zh
Publication of CN108486568A publication Critical patent/CN108486568A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108486568B publication Critical patent/CN108486568B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • C23C14/185—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法。大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜采用大鳞片石墨烯膜作为基底，然后在大鳞片石墨烯膜表面复合一层金属。利用大鳞片石墨烯膜表面的褶皱和颗粒状的气泡，将大鳞片石墨烯膜与金属颗粒紧密地锚定在一起，有利于电子和热量的快速传递。所制备的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜厚度为7～101μm。与传统的石墨烯薄膜导热材料相比，具有更高的导热性能和电导率：热导率为1351～2024W m‑1K‑1，电导率为5.00(±0.27)×106～5.88(±0.29)×106S m‑1。另外，大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜质轻柔韧，厚度可以控制，可规模化生产，应用领域广泛。

Description

一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法，属于新型材料制备领域。
背景技术
随着电子技术和通信技术的飞跃发展，商用便携式电子产品，如平板电脑、智能手机等以及发光二极管(LED)灯得到了越来越广泛的应用。然而晶体管和其它集成电路器件尺寸不断减小，计算能力的提高是以增加器件和芯片的功率损耗为代价的。现代芯片结构的功耗在芯片表面极不均匀，局部功能区的功率密度可以达到平均值的5～10倍。在电子器件中，整体可靠性取决于芯片局部区域的最高温度，而不是芯片的平均温度。如果没有实现所需的冷却，芯片最热的区域将高于其指定的温度阈值，从而降低其性能和可靠性。因此，要尽可能使这些最高温的局部区域的影响最小化，无论是单个晶体管器件还是芯片和封装整体，都需要加强有效的散热能力。新兴材料的热性能对提升下一代电子设备“热管理”特性尤为关键。另外，随着科技和工艺的发展，各种便携式电子产品(如智能手机，平板电脑等)的厚度越做越薄，对散热材料的厚度也提出了新的要求。
目前市面上存在的石墨散热膜主要起导热作用，将手机等设备内部发热元件的热量进行均衡。设备的芯片上都会贴上金属屏蔽罩，同时起散热作用，而芯片上有的部位发热大，有的部位发热小，如果依靠导热效果很差的空气传导，就会使一些部位温度急剧上升，而石墨散热膜的作用就是将温度高的散热片热量快速传递到温度低的散热片上，使设备不会出现局部高温。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面结构，单原子层厚度的二维材料，具有十分优异的强度、柔韧、导电、导热特性，引起了研究者们的广泛关注[1-4]。就热导率K而言，目前已经制备出的石墨烯-铜-石墨烯异质薄膜(K＝376.4W m-1K-1)[5]，柔性石墨(K＝137W m-1K-1)，聚酰亚胺石墨化碳膜(K＝743W m-1K-1)，石墨纸(K＝318Wm-1K-1)[6]，展现了石墨烯材料的导热性能的不断提升。
石墨烯是依靠声子传递热量的，声子是晶格振动的量子化形式。而石墨烯垂直于平面的热传导率由于声子受到边界散射的影响，会随着石墨烯层数增加而降低。当两个晶体有边界不对齐时，热传递数值仅为1/10。因此，如果能够在保证横向(平面)导热性能优异的同时，较大地提升纵向导热性能，那么膜的整体导热性能就可以得到大幅度提高。
市面上存在将铜与石墨烯膜复合在一起的导热材料，都是通过双面胶等材料将铜箔和石墨烯膜贴合，大大增加了界面热阻。另外，目前已经报道的石墨烯膜的厚度很多都超过了35μm[7]，有的甚至达到了1～2mm[8]。对于电导率，目前报道的石墨烯膜最高达到了1.06×106S m-1[9-14](图1)。
[1]He D,Tang H,Kou Z,et al.Engineered Graphene Materials:Synthesisand Applications for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells[J].AdvancedMaterials,2017,29(20).
[2]Kou Z,Meng T,Guo B,et al.A Generic Conversion Strategy:From 2DMetal Carbides(MxCy)to M‐Self‐Doped Graphene toward High‐Efficiency EnergyApplications[J].Advanced Functional Materials,2017,27(8).
[3]Zhou H,Zhang J,Amiinu I S,et al.Transforming waste biomass with anintrinsically porous network structure into porous nitrogen-doped graphenefor highly efficient oxygen reduction[J].Physical Chemistry Chemical Physics,2016,18(15):10392-10399.
[4]Liu X,Amiinu I S,Liu S,et al.Transition metal/nitrogen dual-dopedmesoporous graphene-like carbon nanosheets for the oxygen reduction andevolution reactions[J].Nanoscale,2016,8(27):13311-13320.
[5]Goli P,Ning H,Li X,et al.Thermal properties of graphene–copper–graphene heterogeneous films[J].Nano letters,2014,14(3):1497-1503.
[6]Kong Q Q,Liu Z,Gao J G,et al.Hierarchical graphene–carbon fibercomposite paper as a flexible lateral heat spreader[J].Advanced FunctionalMaterials,2014,24(27):4222-4228.
[7]Teng C,Xie D,Wang J,et al.Ultrahigh Conductive Graphene PaperBased on Ball-Milling Exfoliated Graphene[J].Advanced Functional Materials,2017,27(20).
[8]Shahil K M F,Balandin A A.Graphene–multilayer graphenenanocomposites as highly efficient thermal interface materials[J].Nanoletters,2012,12(2):861-867.
[9]Peng L,Xu Z,Liu Z,et al.Ultrahigh Thermal Conductive yetSuperflexible Graphene Films[J].Advanced Materials,2017.
[10]Shen B,Zhai W,Zheng W.Ultrathin flexible graphene film:anexcellent thermal conducting material with efficient EMI shielding[J].Advanced Functional Materials,2014,24(28):4542-4548.
[11]Teng C,Xie D,Wang J,et al.Ultrahigh Conductive Graphene PaperBased on Ball-Milling Exfoliated Graphene[J].Advanced Functional Materials,2017,27(20).
[12]Wu H,Drzal L T.Graphene nanoplatelet paper as a light-weightcomposite with excellent electrical and thermal conductivity and good gasbarrier properties[J].Carbon,2012,50(3):1135-1145.
[13]Xin G,Sun H,Hu T,et al.Large‐Area Freestanding Graphene Paper forSuperior Thermal Management[J].Advanced Materials,2014,26(26):4521-4526.
[14]Shen B,Zhai W,Zheng W.Ultrathin flexible graphene film:anexcellent thermal conducting material with efficient EMI shielding[J].Advanced Functional Materials,2014,24(28):4542-4548.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
提供一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜，其为柔性薄膜，由大鳞片石墨烯膜基底和大鳞片石墨烯膜基底上紧密锚定结合的金属层组成。
按上述方案，所述用于导热的大鳞片石墨烯/金属复合薄膜的厚度为7～101μm。
按上述方案，所述大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜的热导率为1351～2024Wm-1K-1，电导率可达5.00(±0.27)～5.88(±0.29)×106S m-1。
按上述方案，所述的金属为银、铜、金、铝、钨、镁等金属，所述的金属复合为通过磁控溅射、电化学镀、蒸镀、熔射的一种或多种结合，将金属镀到石墨烯薄膜表面，金属层厚度控制在0.1～1μm。
提供一种用于导热的石墨烯/金属异质结复合薄膜的制备方法：将大鳞片氧化石墨烯刮涂在铜箔表面，蒸发干燥后经过加热滚压形成大鳞片氧化石墨烯膜，然后进行预热，紧接着高温处理，再次加热滚压，制得柔性石墨烯薄膜，然后将金属复合到柔性石墨烯薄膜上，得到石墨烯/金属异质结复合薄膜。
按上述方案，所述大鳞片氧化石墨烯的制备：将氧化石墨烯悬浮液用超纯水稀释到浓度为1～5mg mL-1，经过转速3000～6000rpm的离心20～40min后，取底部20～40％体积的溶液，稀释至1～5mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复5～10次上述操作，取最后的底部20～40％体积的溶液，浓缩成10～20mg mL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液。
按上述方案，所述的蒸发干燥时间为24～48小时，蒸发干燥后，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来备用。
按上述方案，所述加热滚压的温度控制在50～200℃，制得大鳞片氧化石墨烯薄膜。
按上述方案，所述柔性石墨烯薄膜的厚度控制在7～100μm。
按上述方案，所述大鳞片氧化石墨烯膜置于石墨高温炉，在惰性气氛的环境中分别经过200～1300℃的预热与2000～3000℃高温处理。
按上述方案，所述预热和高温处理过程中升温速率控制在2～10℃min-1，保温时间1～5h。
按上述方案，所述的惰性气氛选自氩气、氮气、氢气中的一种或者多种结合。
本发明采用大鳞片石墨烯膜作为基底，石墨烯膜表面存在的颗粒状气泡及褶皱将石墨烯膜与金属颗粒紧密地锚定在一起，由此在石墨烯膜表面复合一层金属，得到的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜材料有利于电子和热量的快速传递。
本发明主要是利用金属热导率的各向同性，把某些点热源的热量纵向传递到石墨烯膜上，然后利用石墨烯膜优异的横向导热性能扩散到整个膜的平面，均衡整体温度，真正的散热靠空气的对流把热量带走，所以要尽可能的让热量均衡分布，增大与空气的接触面积，把温度维持在可控范围内，不能堆积起来超出阈值，避免热量堆积，影响性能。与传统的石墨烯薄膜导热材料相比，具有更高的热导率，尤其在纵向上导热性能有显著的提升，并具有更高的电导率，本发明提供的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜的热导率为1351～2024W m-1K-1，电导率可达5.00(±0.27)～5.88(±0.29)×106S m-1。
另外，大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜质轻柔韧，厚度可以控制，可规模化生产，应用领域广泛。所涉及的制备方法，简单易行，操作成本低，利于商业化推广。
本发明设计了一种用于导热的石墨烯/金属异质结复合薄膜。与目前市面已经存在的产品相比，本发明具有以下优点：
1.本发明利用石墨烯膜表面存在的颗粒状气泡及褶皱，将石墨烯与金属粒子紧密地锚定结合，有利于电子和热量的快速传递。石墨烯/金属异质结复合薄膜采用磁控溅射镀、电化学镀、蒸镀、熔射等方法复合到石墨烯薄膜表面，优势在于保证金属层与石墨烯薄膜紧密贴合的同时，没有任何聚合物或其他物质阻隔界面，大大减小了界面热阻，电子迁移完全自由；
2.本发明的大鳞片石墨烯/金属复合膜的基底采用大鳞片石墨烯。与一般的石墨烯相比，大鳞片石墨烯片状面积更大，减少了声子的边界散射，从而提高导热性能；同时减少了接触电阻，提高电导率；
3.与传统的石墨烯基导热膜材料相比，本发明的石墨烯/金属异质结复合薄膜将金属导热的各向同性与石墨烯平面内高热导率的特性相结合，通过金属可以很快地实现热量从热源垂直(垂直于平面)向石墨膜的传热，颠覆性地解决了垂直导热问题，具有更高的导热性能；
4.本发明的石墨烯/金属异质结复合薄膜厚度为7～101μm，其中金属层的厚度可控制在0.1～1μm，薄膜整体的柔韧性良好。
5.本发明的石墨烯/金属异质结复合薄膜可规模化生产，应用领域广泛，如电子器件、微处理器、柔性可穿戴器件、抗腐蚀领域等，可以作为LED照明、计算机、卫星电路、激光武器、手持终端设备等高功率、高集成度系统的导热材料等。所涉及的制备方法，简单易行，操作成本低，利于商业化推广。
附图说明
图1是本发明与目前已报道的部分石墨烯膜在电导率性能的比较图。
图2是石墨烯膜的截面图。
图3是石墨烯/铜复合薄膜截面的扫描电镜图。铜层的厚度约为1μm。
图4是石墨烯/铜复合薄膜实物图，其具有优异的柔韧性。
图5是与铜复合前(左)后(右)的石墨烯膜表面的扫描电镜图。
图6是铜箔、石墨烯/铜复合薄膜、石墨烯薄膜、商业石墨膜的对比红外热像图。从图中可以清楚地看到，导热性能：石墨烯/铜复合薄膜(本发明)>石墨烯薄膜(本发明)>商业石墨膜>铜箔。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，以下将结合具体实例来进一步说明。但是应该指出，本发明的实施并不限于以下几种实施方式。
实施例1
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为2mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部30％体积的溶液，稀释至2mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复5次上述操作，取最后的底部30％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，60℃真空干燥24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的大鳞片石墨烯薄膜置于石墨高温炉中，先在1300℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1。然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜。柔性石墨烯薄膜的厚度为7.8μm(图2)，测得热导率为1933(±60)W m-1K-1，电导率可达5.00(±0.27)×106S m-1；
3)制备石墨烯/铜复合薄膜：使用磁控溅射的方法将铜溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制铜层厚度在1μm(图3)，制得石墨烯/铜复合薄膜，如(图4)，石墨烯膜表面比较粗糙(图5左)，存在一些褶皱和小气泡，与铜复合后变得更加光滑(图5右)；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/铜复合薄膜样品，石墨烯/铜复合薄膜的热导率为1998(±72)W m-1K-1，电导率可达5.88(±0.29)×106S m-1。
从图6可知，导热性能：大鳞片石墨烯/铜复合薄膜(本发明)>大鳞片石墨烯薄膜(本发明)>商业石墨膜>铜箔。
实施例2
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为5mg mL-1。经过转速6000rpm的离心30min后，取底部20％体积的溶液，稀释至5mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部20％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1000℃温度下碳化2小时，升温速率为3℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为8μm；
3)制备石墨烯/银复合薄膜：使用磁控溅射的方法将银溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制银层厚度在500nm，制得石墨烯/银复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/银复合薄膜样品，测试其热导率，为1871(±160)Wm-1K-1。
实施例3
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为2mg mL-1。经过转速3000rpm的离心20min后，取底部30％体积的溶液，稀释至2mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部30％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在100℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1300℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在2000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步100℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为7μm；
3)制备石墨烯/钨复合薄膜：使用蒸镀的方法将钨复合到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制钨层厚度在500nm，制得石墨烯/钨复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/钨复合薄膜样品，测试其热导率，为1472(±92)W m- 1K-1。
实施例4
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为5mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部30％体积的溶液，稀释至5mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部30％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在50℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1100℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步50℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为7.8μm；
3)制备石墨烯/金复合薄膜：使用熔射的方法将金复合到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制金层厚度在1μm，制得石墨烯/金复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/金复合薄膜样品，测试其热导率，为1714(±70)W m- 1K-1。
实施例5
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为2mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部40％体积的溶液，稀释至2mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部40％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1300℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为8μm；
3)制备石墨烯/铝复合薄膜：使用磁控溅射的方法将铝溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制铝层厚度在500nm，制得石墨烯/铝复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/铝复合薄膜样品，测试其热导率，为1590(±102)Wm-1K-1。
实施例6
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为2mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部30％体积的溶液，稀释至2mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部30％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1300℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为7μm；
3)制备石墨烯/镁复合薄膜：使用磁控溅射的方法将镁溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制镁层厚度在500nm，制得石墨烯/镁复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/镁复合薄膜样品，测试其热导率，为1528(±81)W m- 1K-1。
实施例7
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为2mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部30％体积的溶液，稀释至2mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部30％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1200℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为7μm；
3)制备石墨烯/铜银复合薄膜：使用磁控溅射的方法将铜溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，然后将银溅射到铜层上，控制铜和银层厚度都为500nm，制得石墨烯/铜银复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/铜银复合薄膜样品，测试其热导率，为2024(±73)Wm-1K-1。
实施例8
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为2mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部20％体积的溶液，稀释至2mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部20％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1300℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为25μm；
3)制备石墨烯/钨复合薄膜：使用磁控溅射的方法将钨溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制钨层厚度在500nm，制得石墨烯/钨复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/钨复合薄膜样品，测试其热导率，为1502(±78)W m- 1K-1。
实施例9
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为5mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部40％体积的溶液，稀释至5mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部40％体积的溶液，浓缩成20mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1300℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理2小时，升温速率为10℃min-1，然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为8μm；
3)制备石墨烯/金复合薄膜：使用磁控溅射的方法将金溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制金层厚度在1μm，制得石墨烯/金复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/金复合薄膜样品，测试其热导率，为1697(±68)W m- 1K-1。
实施例10
1)制备石墨烯膜：氧化石墨烯的悬浮液用电阻率为18.25MΩ·cm的超纯水稀释到浓度为2mg mL-1。经过转速5000rpm的离心30min后，取底部20％体积的溶液，稀释至2mg mL-1，再次离心进入下一周期。重复7次上述操作，取最后的底部20％体积的溶液，浓缩成25mgmL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液，刮涂在铜箔表面，室温下蒸发24小时，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来。在200℃下进行加热滚压成型，合成大鳞片石墨烯薄膜。
2)制备柔性石墨烯薄膜：将加热滚压后的石墨烯膜置于石墨高温炉中，先在1300℃温度下碳化2小时，升温速率为5℃min-1，然后在3000℃温度下热处理1小时，升温速率为8℃min-1，然后进一步200℃加热滚压成型,制得柔性石墨烯薄膜，厚度为7μm；
3)制备石墨烯/镁复合薄膜：使用磁控溅射的方法将镁溅射到步骤2)制得的石墨烯薄膜上，控制镁层厚度在500nm，制得石墨烯/镁复合薄膜；
4)取步骤3)中制得的石墨烯/镁复合薄膜样品，测试其热导率，为1546(±76)W m- 1K-1。

Claims (10)

1.一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜，其特征在于：其为柔性薄膜，由大鳞片石墨烯膜基底和大鳞片石墨烯膜基底上紧密锚定结合的金属层组成。
2.根据权利要求1所述的用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜，其特征在于：所述用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜的厚度为7～101μm。
3.根据权利要求1所述的用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜，其特征在于：所述大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜的热导率为1351～2024W m-1K-1，电导率为5.00(±0.27)×106～5.88(±0.29)×106S m-1。
4.根据权利要求1所述的用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜，其特征在于：所述的金属包括银、铜、金、铝、钨、镁的一种或多种结合，所述的金属复合指通过磁控溅射、电化学镀、蒸镀、熔射的方法，将金属镀到石墨烯薄膜表面，金属层厚度控制在0.1～1μm。
5.用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜的制备方法，其特征在于：将大鳞片氧化石墨烯刮涂在铜箔表面，蒸发干燥后经过加热滚压形成大鳞片氧化石墨烯膜，然后进行预热，紧接着高温处理，再次加热滚压，制得柔性石墨烯薄膜，然后将金属复合到柔性石墨烯薄膜上，得到大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述大鳞片氧化石墨烯的制备：将氧化石墨烯悬浮液用超纯水稀释到浓度为1～5mg mL-1，经过转速3000～6000rpm的离心20～40min后，取底部20～40％体积的溶液，稀释至1～5mg mL-1，再次离心进入下一周期，重复5～10次上述操作，取最后的底部20～40％体积的溶液，浓缩成10～20mg mL-1的大鳞片氧化石墨烯分散液。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的蒸发干燥时间为24～48小时，蒸发干燥后，将大鳞片氧化石墨烯膜与铜箔分离下来备用。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述加热滚压的温度控制在50～200℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述大鳞片氧化石墨烯膜置于石墨高温炉，在惰性气氛的环境中分别经过200～1300℃的预热与2000～3000℃高温处理。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的预热和高温处理过程中升温速率控制在2～10℃min-1，保温时间1～5h，所述的惰性气氛选自氩气、氮气、氢气中的一种或者多种结合。
CN201810163077.9A 2018-02-26 2018-02-26 一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法 Expired - Fee Related CN108486568B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810163077.9A CN108486568B (zh) 2018-02-26 2018-02-26 一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810163077.9A CN108486568B (zh) 2018-02-26 2018-02-26 一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108486568A true CN108486568A (zh) 2018-09-04
CN108486568B CN108486568B (zh) 2020-05-26

Family

ID=63340931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810163077.9A Expired - Fee Related CN108486568B (zh) 2018-02-26 2018-02-26 一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108486568B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109451406A (zh) * 2018-12-05 2019-03-08 浙江大学 具有平坦且宽频响的悬空石墨烯热声装置
CN109764321A (zh) * 2019-03-08 2019-05-17 南京理工大学 一种led照明灯的冷却结构及其制备方法
CN112695275A (zh) * 2020-12-17 2021-04-23 武汉理工大学 一种大面积石墨烯基柔性基底及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105883781A (zh) * 2016-03-09 2016-08-24 王祉豫 一种大面积还原氧化石墨烯膜的制备方法
CN106082186A (zh) * 2016-06-12 2016-11-09 南京航空航天大学 一种石墨烯‑纳米铜复合材料的导热薄膜及其制备方法
CN107342314A (zh) * 2017-07-26 2017-11-10 无锡南理工科技发展有限公司 一种顶栅石墨烯场效应晶体管的制备方法
CN107705871A (zh) * 2017-09-27 2018-02-16 武汉理工大学 一种超高电导率大尺寸石墨烯薄膜及射频微波器件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105883781A (zh) * 2016-03-09 2016-08-24 王祉豫 一种大面积还原氧化石墨烯膜的制备方法
CN106082186A (zh) * 2016-06-12 2016-11-09 南京航空航天大学 一种石墨烯‑纳米铜复合材料的导热薄膜及其制备方法
CN107342314A (zh) * 2017-07-26 2017-11-10 无锡南理工科技发展有限公司 一种顶栅石墨烯场效应晶体管的制备方法
CN107705871A (zh) * 2017-09-27 2018-02-16 武汉理工大学 一种超高电导率大尺寸石墨烯薄膜及射频微波器件

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109451406A (zh) * 2018-12-05 2019-03-08 浙江大学 具有平坦且宽频响的悬空石墨烯热声装置
CN109764321A (zh) * 2019-03-08 2019-05-17 南京理工大学 一种led照明灯的冷却结构及其制备方法
CN112695275A (zh) * 2020-12-17 2021-04-23 武汉理工大学 一种大面积石墨烯基柔性基底及其制备方法
CN112695275B (zh) * 2020-12-17 2021-10-26 武汉理工大学 一种大面积石墨烯基柔性基底及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108486568B (zh) 2020-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Epoxy composites with high cross-plane thermal conductivity by constructing all-carbon multidimensional carbon fiber/graphite networks
CN108486568A (zh) 一种用于导热的大鳞片石墨烯/金属异质结复合薄膜及其制备方法
CN103011141A (zh) 高导热石墨膜的制造方法
CN108128768B (zh) 仿生叠层结构的石墨烯-碳量子点复合导热薄膜及其制备
Luo et al. Novel thermal interface materials: boron nitride nanofiber and indium composites for electronics heat dissipation applications
CN104029461A (zh) 一种石墨烯/碳纳米管/石墨膜复合材料及其制备方法
CN105514059B (zh) 一种石墨烯复合材料/氮化硅/硅芯片高效散热系统
CN106978149A (zh) 轻质高导热含铝石墨烯基散热材料的制备方法及散热材料
CN113999657A (zh) 一种烯碳复合材料的加工工艺
CN100446154C (zh) 无晶钻石材料及其使用和制造方法
Hu et al. Dual-encapsulated phase change composites with hierarchical MXene-graphene monoliths in graphene foam for high-efficiency thermal management and electromagnetic interference shielding
CN111410190B (zh) 具有绝缘导热性能的石墨烯-氮化硼复合薄膜及其制备方法
CN110255538A (zh) 一种石墨烯散热片的制备方法
CN106993394A (zh) 一种高导热效率石墨复合片的制作方法
CN106098503B (zh) 一种石墨烯带状电子注场发射冷阴极及其生产方法
Xie et al. Epitaxial ultrathin Au films on transparent mica with oxide wetting layer applied to organic light-emitting devices
CN106997873A (zh) 一种封装结构及封装方法
CN110342497A (zh) 垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料及其制备方法
CN106653712B (zh) 单管igbt的散热结构及加工工艺
CN205498197U (zh) 高效热流导向散热复合膜
Bao et al. Thermal management technology of IGBT modules based on two-dimensional materials
Liu et al. Anisotropic high thermal conductivity of flexible graphite sheets used for advanced thermal management materials
CN104637898B (zh) 集成电路器件的导热复合材料层及电子器件导热结构封装方法
CN111356329A (zh) 一种薄型低界面热阻的高导散热复合材料
JP2020053613A (ja) 複合基板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200526

Termination date: 20210226