CN113604697B - 一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法，它涉及一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法。本发明是要解决目前石墨烯增强铜基复合材料中石墨烯分散不均匀的问题。方法：一、称取多层石墨烯纳米片和铜金属粉末；二、将铜粉进行片状化球磨处理；三、利用物理气相沉积的办法在石墨烯表面沉积铜微粒；四、将铜片表面和石墨烯进行表面处理并在溶液中均匀分散；五、超声波震荡自主沉积；六、处理后的铜片与石墨烯产生化学吸附；七、预压并利用等离子烧结制备石墨烯增强铜基复合材料。本发明用于航天、航空、电子器件等多种领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法。
背景技术
5G技术的飞速发展，使得功率芯片功率及发热量越来越高，对散热材料也提出了更苛刻的要求，而单一的传统金属材料，已经难以满足大功率芯片的封装要求，由此，研究人员开始通过添加某种增强体，来使所得到的复合材料，例如有人通过添加高导电、高导热、优异力学性能的二维碳材料石墨烯作为增强体，以纯铜金属作为基体制作一种新型的高导热复合材料，来满足电子制造领域中日益增长的高导热需求。
现有文献中公开的石墨烯/铜复合材料的制备方法，一般是采用球磨等分散工艺力图使石墨烯均匀分散在基体中时，但由于石墨烯与铜粉密度的不同，无法均匀混合石墨烯和铜粉，导致复合材料的导热性能及力学性能降低。因此本发明采用不同超声波分别震荡石墨烯、铜粉的方法，设置开关控制石墨烯与铜粉均匀混合，同时，利用物理气相沉积的办法在石墨烯粉体表面沉积铜微粒，用来改善铜基复合材料中基体与石墨烯界面，加强复合材料的导热特性。得到导热性能优良，力学性能有较大提高的石墨烯增强铜基复合材料。
发明内容
本发明是要解决目前石墨烯增强铜基复合材料中石墨烯分散不均匀的问题，而提供一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法。
一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、原料称取：按质量分数称取0.3％～5％多层石墨烯纳米片和95％～99.7％的铜金属粉末；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1～15μm；
二、铜粉片状化处理：将铜金属粉末和助磨剂装入球磨罐中，球磨罐中球料比为(2～20):1，以100～400rpm的转速球磨2～15h，得到片状化后的铜金属粉末；所述片状化后的铜金属粉末的平面大小为30～70μm，厚度为100～300nm；
三、石墨烯表面负载铜：采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面，物理气相沉积同时进行在搅拌，得到负载铜的石墨烯；所述负载铜的石墨烯中铜的负载量为3％～6％；
四、原材料表面处理与分散：将聚乙烯醇溶于50～90℃水中，配置PVA水溶液，将片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，在温度为80℃的条件下水浴保温1～15h，得到羟基化铜片；将负载铜的石墨烯加入到浓度为3％～5％的SnCl2溶液中，超声10～100min，之后转移至浓度为3％～5％的PdCl2溶液中，超声10～100min，再用去离子水清洗，然后放置于无水乙醇中进行超声分散，得到处理后的石墨烯纳米片；将处理后的石墨烯纳米片在去离子水中加入质量分数为5％的乙二胺四乙酸钠，超声分散，得到分散后的石墨烯；
五、超声波震荡自主沉积：
将羟基化铜片和分散后的石墨烯分别放入两个容器中，然后分别对羟基化铜片和分散后的石墨烯进行超声波震荡处理，均匀分散后，分别在容器开口处设置开关，控制每隔5～30s 打开开关，使分散后的石墨烯通过管道，在重力作用下在另一个容器内在重力的作用下自主沉积沉淀，静置4～8小时，形成石墨烯铜的层状结构，得到混合层状材料；
六、化学吸附与干燥：将得到的混合层状材料在60～90℃的干燥箱中进行干燥，得到石墨烯铜混合粉末；
七、预压与等离子烧结制备复合材料：
将石墨烯铜混合粉末装入石墨模具中，连同模具置于压力机台面上，以加压速度为 0.1～30mm/min下向混合粉末加压至2～10MPa并保压3～20min；将得到预压后的混合体连同模具转移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，在10～60min内将炉内温度从室温加热至温度800℃～1070℃，在温度为800℃～1070℃的条件下烧结2～30min，随炉冷却，冷却后脱模，得到高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明以石墨烯纳米片为原材料，通过将铜粉片状化以达到与石墨烯相似结构的片状结构，分别对石墨烯和铜片进行表面处理与分散，同时采用物理气相沉积办法，在石墨烯表面负载铜金属，使石墨烯密度与铜接近，通过利用不同的超声波震动频率，使其分别在容器中均匀分散，通过调整开关的时间间隔使一定量的石墨烯铜在容器中由于重力的作用在沉积过程中形成石墨烯-铜-石墨烯-铜...的层状结构，并在沉积后的层状结构由于化学吸附的作用下避免石墨烯的上浮，从而获得一种具有高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料。本发明一种具有高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺简单，制造成本低廉，可用于航天、航空、电子器件等多种领域。
附图说明
图1为超声波震荡过程中自主沉积组件的结构示意图；其中1为容器A、2为容器B、3为开关、4为管道；
图2为高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料的宏观图；
图3为高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料的金相显微图；
图4为石墨烯沉积自组装后吸附在铜片上的显微组织图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、原料称取：按质量分数称取0.3％～5％多层石墨烯纳米片和95％～99.7％的铜金属粉末；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1～15μm；
二、铜粉片状化处理：将铜金属粉末和助磨剂装入球磨罐中，球磨罐中球料比为(2～20):1，以100～400rpm的转速球磨2～15h，得到片状化后的铜金属粉末；所述片状化后的铜金属粉末的平面大小为30～70μm，厚度为100～300nm；
三、石墨烯表面负载铜：采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面，物理气相沉积同时进行在搅拌，得到负载铜的石墨烯；所述负载铜的石墨烯中铜的负载量为3％～6％；
四、原材料表面处理与分散：将聚乙烯醇溶于50～90℃水中，配置PVA水溶液，将片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，在温度为80℃的条件下水浴保温1～15h，得到羟基化铜片；将负载铜的石墨烯加入到浓度为3％～5％的SnCl2溶液中，超声10～100min，之后转移至浓度为3％～5％的PdCl2溶液中，超声10～100min，再用去离子水清洗，然后放置于无水乙醇中进行超声分散，得到处理后的石墨烯纳米片；将处理后的石墨烯纳米片在去离子水中加入质量分数为5％的乙二胺四乙酸钠，超声分散，得到分散后的石墨烯；
五、超声波震荡自主沉积：
将羟基化铜片和分散后的石墨烯分别放入两个容器中，然后分别对羟基化铜片和分散后的石墨烯进行超声波震荡处理，均匀分散后，分别在容器开口处设置开关，控制每隔5～30s 打开开关，使分散后的石墨烯通过管道，在重力作用下在另一个容器内在重力的作用下自主沉积沉淀，静置4～8小时，形成石墨烯铜的层状结构，得到混合层状材料；
六、化学吸附与干燥：将得到的混合层状材料在60～90℃的干燥箱中进行干燥，得到石墨烯铜混合粉末；
七、预压与等离子烧结制备复合材料：
将石墨烯铜混合粉末装入石墨模具中，连同模具置于压力机台面上，以加压速度为 0.1～30mm/min下向混合粉末加压至2～10MPa并保压3～20min；将得到预压后的混合体连同模具转移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，在10～60min内将炉内温度从室温加热至温度800℃～1070℃，在温度为800℃～1070℃的条件下烧结2～30min，随炉冷却，冷却后脱模，得到高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料。
本实施方式采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面其中铜原子是由与步骤一中称取的95％～99.7％的铜金属粉末相同材质的铜原料提供。
本实施方式中平面大小是指片状金属铜粉的片的宽度。
本实施方式步骤五处理后得到自主沉积沉淀的石墨烯铜层状结构，由于羟基与羧基间的相互作用，石墨烯与铜片相互吸附，使得层状结构能够得以保持，不会产生石墨烯上浮的现象。
本实施方式利用基体合金化的方法改变基体合金成分，利用压力浸渗法制备复合材料，对制备的复合材料进行热处理，处理后的复合材料具有更高的耐腐蚀性能。
本实施方式利用在超声波震荡的作用下依托化学吸附而实现的自组装石墨烯增强铜基复合材料的方法，利用等离子烧结法制备石墨烯增强铜基复合材料，对制备的复合材料进行塑性变形与退货处理，处理后的复合材料具有更高的导热性能，同时力学性能有一定的提高。
本实施方式方法制备的石墨烯增强铜基复合材料具有可控的层状结构。
本实施方式方法制备的石墨烯增强铜基复合材料中的石墨烯分散均匀，且改善了石墨烯的团聚现象。
本实施方式自组装层状结构的复合材料具有高导热的性能。
本实施方式中步骤五所述超声波震荡自主沉积是将超声波震荡过程中自主沉积组件置于超声波清洗仪中进行自主沉积。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按质量分数称取 0.3％多层石墨烯纳米片和99.7％的铜金属粉末。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中按质量分数称取0.6％多层石墨烯纳米片和99.4％的铜金属粉末。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中按质量分数称取1％多层石墨烯纳米片和99％的铜金属粉末。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中按质量分数称取5％多层石墨烯纳米片和95％的铜金属粉末。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述助磨剂为酒精；球磨罐中球料比为10:1，以300rpm的转速球磨5h。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中球磨罐中球料比为10:1，以300rpm的转速球磨10h。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中球磨罐中球料比为10:1，以400rpm的转速球磨10h。其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中等离子物理气相沉积的参数：沉积时间为35秒，真空压力为8Pa，电流为5mA。其他与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述负载铜的石墨烯中铜的负载量为5％。其他与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤四中将聚乙烯醇溶于60℃水中。其他与具体实施方式一至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四中将聚乙烯醇溶于70℃水中。其他与具体实施方式一至十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤五中控制每隔10s打开开关。其他与具体实施方式一至十二相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤五中控制每隔20s打开开关。其他与具体实施方式一至十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤六将得到的混合层状材料在70℃的干燥箱中进行干燥。其他与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的是：步骤七在温度为1000℃的条件下烧结5min。其他与具体实施方式一至十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的是：步骤七在温度为1000℃的条件下烧结10min。其他与具体实施方式一至十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤七在温度为1040℃的条件下烧结5min。其他与具体实施方式一至十七相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤七在温度为1040℃的条件下烧结10min。其他与具体实施方式一至十八相同。
为验证本发明的有益效果进行了以下实验：
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、原料称取：按质量分数称取0.6％多层石墨烯纳米片和99.4％的铜金属粉末；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1～15μm；
二、铜粉片状化处理：将铜金属粉末和助磨剂装入球磨罐中，球磨罐中球料比为10:1，以300rpm的转速球磨5h，得到片状化后的铜金属粉末；所述片状化后的铜金属粉末的平面大小为30～70μm，厚度为100～300nm；
三、石墨烯表面负载铜：采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面，物理气相沉积同时进行在搅拌，得到负载铜的石墨烯；
四、原材料表面处理与分散：将聚乙烯醇溶于60℃水中，配置PVA水溶液，将片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，在温度为80℃的条件下水浴保温5h，得到羟基化铜片；将负载铜的石墨烯加入到浓度为3％～5％的SnCl2溶液中，超声30min，之后转移至浓度为3％～5％的PdCl2溶液中，超声30min，再用去离子水清洗，然后放置于无水乙醇中进行超声分散，得到处理后的石墨烯纳米片；将处理后的石墨烯纳米片在去离子水中加入质量分数为5％的乙二胺四乙酸钠，超声分散，得到分散后的石墨烯；
五、超声波震荡自主沉积：
将羟基化铜片和分散后的石墨烯分别放入两个容器中，然后分别对羟基化铜片和分散后的石墨烯进行超声波震荡处理，均匀分散后，分别在容器开口处设置开关，控制每隔10s 打开开关，使分散后的石墨烯通过管道，在重力作用下在另一个容器内在重力的作用下自主沉积沉淀，静置4～8小时，形成石墨烯铜的层状结构，得到混合层状材料；
六、化学吸附与干燥：将得到的混合层状材料在70℃的干燥箱中进行干燥，得到石墨烯铜混合粉末；
七、预压与等离子烧结制备复合材料：
将石墨烯铜混合粉末装入石墨模具中，连同模具置于压力机台面上，以加压速度为 1mm/min下向混合粉末加压至5MPa并保压10min；将得到预压后的混合体连同模具转移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，在20min内将炉内温度从室温加热至温度1040℃，在温度为1040℃的条件下烧结5min，随炉冷却，冷却后脱模，得到高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料。
经测试，实施例一制备的高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料的热导率为101.3％IACS，相比未经自组装层状结构的复合材料74.3％IACS，热导率提高36.3％了。
实施例2：一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、原料称取：按质量分数称取0.6％多层石墨烯纳米片和99.4％的铜金属粉末；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1～15μm；
二、铜粉片状化处理：将铜金属粉末和助磨剂装入球磨罐中，球磨罐中球料比为10:1，以300rpm的转速球磨5h，得到片状化后的铜金属粉末；所述片状化后的铜金属粉末的平面大小为30～70μm，厚度为100～300nm；
三、石墨烯表面负载铜：采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面，物理气相沉积同时进行在搅拌，得到负载铜的石墨烯；
四、原材料表面处理与分散：将聚乙烯醇溶于60℃水中，配置PVA水溶液，将片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，在温度为80℃的条件下水浴保温5h，得到羟基化铜片；将负载铜的石墨烯加入到浓度为3％～5％的SnCl2溶液中，超声30min，之后转移至浓度为3％～5％的PdCl2溶液中，超声30min，再用去离子水清洗，然后放置于无水乙醇中进行超声分散，得到处理后的石墨烯纳米片；将处理后的石墨烯纳米片在去离子水中加入质量分数为5％的乙二胺四乙酸钠，超声分散，得到分散后的石墨烯；
五、超声波震荡自主沉积：
将羟基化铜片和分散后的石墨烯分别放入两个容器中，然后分别对羟基化铜片和分散后的石墨烯进行超声波震荡处理，均匀分散后，分别在容器开口处设置开关，控制每隔20s 打开开关，使分散后的石墨烯通过管道，在重力作用下在另一个容器内在重力的作用下自主沉积沉淀，静置4～8小时，形成石墨烯铜的层状结构，得到混合层状材料；
六、化学吸附与干燥：将得到的混合层状材料在70℃的干燥箱中进行干燥，得到石墨烯铜混合粉末；
七、预压与等离子烧结制备复合材料：
将石墨烯铜混合粉末装入石墨模具中，连同模具置于压力机台面上，以加压速度为 1mm/min下向混合粉末加压至5MPa并保压10min；将得到预压后的混合体连同模具转移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，在20min内将炉内温度从室温加热至温度1040℃，在温度为1040℃的条件下烧结5min，随炉冷却，冷却后脱模，得到高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料。
实施例2中得到的石墨烯增强铜基复合材料，在基体铜金属粉末中加入0.6wt.％的石墨烯纳米片，每隔20s打开开关，在1040℃下烧结5min，并对制备的复合材料在700℃下以每道次3％的压下量轧制。可以得出复合材料的热导率为103.3％，相比未经自组装层状结构的复合材料热导率提高39.0％IACS了。
实施例3：一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、原料称取：按质量分数称取1％多层石墨烯纳米片和99％的铜金属粉末；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1～15μm；
二、铜粉片状化处理：将铜金属粉末和助磨剂装入球磨罐中，球磨罐中球料比为10:1，以300rpm的转速球磨5h，得到片状化后的铜金属粉末；所述片状化后的铜金属粉末的平面大小为30～70μm，厚度为100～300nm；
三、石墨烯表面负载铜：采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面，物理气相沉积同时进行在搅拌，得到负载铜的石墨烯；
四、原材料表面处理与分散：将聚乙烯醇溶于60℃水中，配置PVA水溶液，将片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，在温度为80℃的条件下水浴保温5h，得到羟基化铜片；将负载铜的石墨烯加入到浓度为3％～5％的SnCl2溶液中，超声30min，之后转移至浓度为3％～5％的PdCl2溶液中，超声30min，再用去离子水清洗，然后放置于无水乙醇中进行超声分散，得到处理后的石墨烯纳米片；将处理后的石墨烯纳米片在去离子水中加入质量分数为5％的乙二胺四乙酸钠，超声分散，得到分散后的石墨烯；
五、超声波震荡自主沉积：
将羟基化铜片和分散后的石墨烯分别放入两个容器中，然后分别对羟基化铜片和分散后的石墨烯进行超声波震荡处理，均匀分散后，分别在容器开口处设置开关，控制每隔10s 打开开关，使分散后的石墨烯通过管道，在重力作用下在另一个容器内在重力的作用下自主沉积沉淀，静置4～8小时，形成石墨烯铜的层状结构，得到混合层状材料；
六、化学吸附与干燥：将得到的混合层状材料在70℃的干燥箱中进行干燥，得到石墨烯铜混合粉末；
七、预压与等离子烧结制备复合材料：
将石墨烯铜混合粉末装入石墨模具中，连同模具置于压力机台面上，以加压速度为 1mm/min下向混合粉末加压至5MPa并保压10min；将得到预压后的混合体连同模具转移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，在20min内将炉内温度从室温加热至温度1040℃，在温度为1040℃的条件下烧结5min，随炉冷却，冷却后脱模，得到高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料。
实施例3中得到的石墨烯增强铜基复合材料，在基体铜金属粉末中加入1.0wt.％的石墨烯纳米片，每隔10s打开开关，在1040℃下烧结5min，并对制备的复合材料在700℃下以每道次3％的压下量轧制。可以得出复合材料的热导率为93.7％，相比未经自组装层状结构的复合材料热导率提高了26.1％。
对比试验1：未经超声波震荡不具有自组装层状结构的复合材料制备按照以下步骤实现：
一、称料：
按质量分数称取0.6％多层石墨烯纳米片和99.4％的铜金属粉末；
二、铜粉片状化处理：
将步骤一称取的铜金属粉末装入球墨罐中，球磨罐中球料比为10:1，并添加不同种类的助磨剂，以300rpm的转速球磨5h得到的片状化后的铜片；
三、原材料表面处理与分散：
将聚乙烯醇(PVA)溶于60℃水中，配置不同质量分数的PVA水溶液，将步骤二得到的片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，水浴保温5h，使铜片表面羟基化；将步骤一称取的多层石墨烯纳米片按一定比例加入到SnCl2溶液中，超声30min，之后转移至一定浓度的PdCl2溶液中，超声30min，在用去离子水洗净；将处理后不同比例的石墨烯纳米片在无水乙醇混合，并超声分散；将处理后不同比例的石墨烯纳米片在去离子水中加入稳定剂乙二胺四乙酸钠钠(Na2EDTA)(5wt.％)，超声分散，使石墨烯均匀稳定的分散在去离子水中；
四、化学吸附与干燥：
将步骤三原材料表面处理后的石墨烯和铜混合，由于羟基与羧基间的相互作用，产生化学吸附，之后将得到的混合材料在70℃的干燥箱中干燥；
五、预压与等离子烧结制备复合材料：
将步骤五中得到的石墨烯铜混合粉末装入石墨模具中，将混合粉末带模具置于压力机台面上，以加压速度为1mm/min下向混合粉末加压至5MPa并保压10min；将得到预压后的混合体带模具移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，20min内加热到温度1040℃的条件下保温5min，使石墨烯铜进行烧结，之后在冷却炉中随炉冷却，冷却后脱模，得到高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料；
对本实验制备的石墨烯增强铜基复合材料，在基体铜金属粉末中加入0.6wt.％的石墨烯纳米片，在1040℃下烧结5min。可以得出复合材料的热导率为74.3％，明显不如经过超声波震荡进行自组装层状结构的复合材料热导率。
通过实施例1、实施例2、实施例3和对比试验1对比可知，采用超声波震荡使石墨烯增强铜基复合材料，有利于石墨烯铜之形成间层状结构，使得复合材料的导热性能有了很大的提升。随着开关间隔时间的增长，复合材料的导热性能有了一定程度的改善。过多的石墨烯的加入会导致层状结构的不明显，石墨烯产生聚集，导致复合材料的导热性能下降。
Claims (1)
1.一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法，其特征在于在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、原料称取：按质量分数称取1%多层石墨烯纳米片和99%的铜金属粉末；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1~15μm；
二、铜粉片状化处理：将铜金属粉末和助磨剂装入球磨罐中，球磨罐中球料比为10:1，以300rpm的转速球磨5h，得到片状化后的铜金属粉末；所述片状化后的铜金属粉末的平面大小为30~70μm，厚度为100~300nm；
三、石墨烯表面负载铜：采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面，物理气相沉积同时进行在搅拌，得到负载铜的石墨烯；
四、原材料表面处理与分散：将聚乙烯醇溶于60℃水中，配置PVA水溶液，将片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，在温度为80℃的条件下水浴保温5h，得到羟基化铜片；将负载铜的石墨烯加入到浓度为3%~5%的SnCl2溶液中，超声30min，之后转移至浓度为3%~5%的PdCl2溶液中，超声30min，再用去离子水清洗，然后放置于无水乙醇中进行超声分散，得到处理后的石墨烯纳米片；将处理后的石墨烯纳米片在去离子水中加入质量分数为5%的乙二胺四乙酸钠，超声分散，得到分散后的石墨烯；
五、超声波震荡自主沉积：
将羟基化铜片和分散后的石墨烯分别放入两个容器中，然后分别对羟基化铜片和分散后的石墨烯进行超声波震荡处理，均匀分散后，分别在容器开口处设置开关，控制每隔10s打开开关，使分散后的石墨烯通过管道，在重力作用下在另一个容器内在重力的作用下自主沉积沉淀，静置4~8小时，形成石墨烯铜的层状结构，得到混合层状材料；
六、化学吸附与干燥：将得到的混合层状材料在70℃的干燥箱中进行干燥，得到石墨烯铜混合粉末；
七、预压与等离子烧结制备复合材料：
将石墨烯铜混合粉末装入石墨模具中，连同模具置于压力机台面上，以加压速度为1mm/min下向混合粉末加压至5MPa并保压10min；将得到预压后的混合体连同模具转移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，在20min内将炉内温度从室温加热至温度1040℃，在温度为1040℃的条件下烧结5min，随炉冷却，冷却后脱模，得到高导热且力学性能优良的石墨烯增强铜基复合材料；对制备的复合材料在700℃下以每道次3%的压下量轧制。
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