TWI653140B - 高傳導性石墨烷-金屬複合物及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種石墨烷金屬複合物，其包含多孔金屬發泡基材、沉積於多孔金屬發泡基材上之石墨烷層、形成於石墨烷層上之金屬層、以及沉積於金屬層上之另一石墨烷層；此多層多孔金屬發泡基材被壓縮以形成石墨烷金屬複合物。
Description
本發明關於一種製造方法，並且特別地，關於一種能提供顯著的熱能及電能轉換效能之石墨烯金屬複合物、錫烯(stanene)金屬複合物或石墨烷金屬複合物的製造方法，但不限於此。本發明透過石墨烯、錫烯、石墨烷等材料沉積於多孔金屬發泡基材，由壓縮方式增加熱能及電能的轉換效能。
石墨烯為碳原子的二維結構層，排列成六邊形蜂窩晶格的二維碳薄片，其厚度僅有一個碳原子的厚度。石墨烯為最強韌、最佳導電體以及非常輕的材料。石墨烯可以有各種應用，例如電動車的電池、濾水器的過濾材料、消費性電子產品的可彎曲LCD屏幕、奈米電子學或商用飛行器的輕量化機身。石墨烯及其構件的生產技術以及系統整合技術正在快速的成長。
石墨烷是石墨烯的二維六方氫化形式。氫原子連接於碳原子平面的兩側。與石墨烯相比，石墨烷保留了石墨烯的薄度、超強韌性、撓性及密度，但是石墨烷的氫-碳鍵具有絕緣效果。目前已經發現，石墨烷的熱容略高於石墨烯。此外，石墨烷增加的高撓性可能
提升高效率以及高密度的氫儲存。在某些情況下，石墨烷以及部分氫化的石墨烷結構可以在特定區域中被寫在石墨烯上，例如使用電子束光刻。
因為石墨烯具有非常良好的熱傳導性，因此可使用石墨烯做為散熱器。然而，當石墨烯層堆疊於另一石墨烯層上時，則形成了易碎且導電性差的石墨，故需要解決石墨烯發熱以及電容的問題。
本發明之一具體實施例之石墨烷金屬複合物包含多孔金屬發泡基材以及沉積於該多孔金屬發泡基材上之石墨烷層，其中，沉積有石墨烷的多孔金屬發泡基材被壓縮形成石墨烷金屬複合物。
於某些實施例中，石墨烷金屬複合物可透過沉積石墨烷於多孔金屬發泡基材，並壓縮沉積有石墨烷的多孔金屬發泡基材以形成石墨烷金屬複合物的方式製造。於某些實施例中，石墨烷藉由化學氣相沉積法沉積於多孔金屬發泡基材。
本發明之另一具體實施例之石墨烷金屬複合物包含多孔金屬發泡基材、沉積於多孔金屬發泡基材之石墨烷層、形成於石墨烷層上之金屬層、以及沉積於金屬層上之另一石墨烷層；此多層多孔金屬發泡基材被壓縮以形成石墨烷金屬複合物。
於某些實施例中，石墨烷金屬複合物可透過沉積石墨烷於多孔金屬發泡基材，形成金屬層於石墨烷層上，沉積另一石墨烷層於金屬層，並壓縮此多層多孔發泡基材以形成石墨烷金屬複合物的方式製造。
100‧‧‧開孔金屬發泡結構
110‧‧‧金屬發泡體
120‧‧‧空隙空間
200‧‧‧石墨烯之化學結構
300‧‧‧石墨烯金屬發泡
310‧‧‧石墨烯層
320‧‧‧石墨烯金屬發泡空隙空間
410‧‧‧內管
420‧‧‧外管
430‧‧‧金屬發泡基材
440‧‧‧退火區
450‧‧‧生長區
460‧‧‧沉積有石墨烯的金屬發泡基材
500‧‧‧方法
510-520‧‧‧步驟
602‧‧‧石墨烯增強錫發泡體
604‧‧‧結構材料
702‧‧‧鎳
704‧‧‧銅
802‧‧‧鎳發泡體
804‧‧‧框架
900‧‧‧方法
910-940‧‧‧步驟
1000‧‧‧方法
1010-1020‧‧‧步驟
1100‧‧‧方法
1110-1140‧‧‧步驟
1‧‧‧電腦系統
5‧‧‧處理器
10‧‧‧主記憶體
15‧‧‧靜態記憶體
20‧‧‧匯流排
30‧‧‧輸入裝置
35‧‧‧顯示器
37‧‧‧驅動單元
40‧‧‧訊號產生裝置
45‧‧‧網路介面裝置
50‧‧‧機器讀取媒介
55‧‧‧指令
圖1A為掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)下鎳發泡體之顯微結構照片。
圖1B為鎳發泡體之開孔金屬發泡基材示意圖。
圖2繪示石墨烯之化學結構。
圖3為利用化學氣相沉積法沉積石墨烯於開孔金屬發泡結構中以形成開孔石墨烯金屬複合物之結果示意圖。
圖4為化學氣相沉積法(CVD)之製造過程。
圖5為根據本發明之一具體實施例之製造石墨烯金屬複合物之方法流程圖。
圖6為根據本發明之一具體實施例之以包覆材料方式增強石墨烯之剖面圖。
圖7為根據本發明之一具體實施例之以輥壓接合鎳及銅箔方式增強石墨烯之剖面圖。
圖8繪示根據本發明之一具體實施例，以壓鑄方式將增強鎳發泡體形成於鑄模中之示意圖。
圖9為根據本發明之另一具體實施例之製造石墨烯金屬複合物之方法流程圖。
圖10為根據本發明之一具體實施例之製造石墨烷金屬複合物之方法流程圖。
圖11為根據本發明之另一具體實施例之製造石墨烷金屬複合物之方法流程圖。
圖12為利用電腦系統實現本發明之示意圖。
在以下描述中，為了說明而非限制的目的，闡述了諸如特定實施例、過程、技術等的具體細節，以便提供對本發明的透徹理解。然而，對於本領域技術人員顯而易見的是，本發明可以在脫離這些具體細節的其他實施例中實踐。
本發明揭露一種石墨烯金屬複合物、錫烯(stanene)金屬複合物以及石墨烷金屬複合物及其製造方法。石墨烯為最強韌、最佳導電體以及非常輕的材料。石墨烯可以有各種應用，例如電動車的電池、濾水器的過濾材料、消費性電子產品的可彎曲LCD屏幕、奈米電子學或商用飛行器的輕量化機身。石墨烯及其構件的生產技術以及系統整合技術正在快速的成長。
錫烯為一種超薄超導體，其可被整合於電腦晶片的關鍵連結，以提升速度及能源效率。此外，石墨烷可以被應用於奈米電子學，作為具有導電點和非導電點之印刷電路的基底。
由於石墨烯為碳原子的二維結構層，只有一個碳原子的厚度，而錫烯為可添加氟原子的錫原子二維結構層，因此石墨烯以及錫烯非常的薄，具有很大的表面體積比以及非常小的容量。然而，因為石墨烯具有非常良好的熱傳導性，因此可使用石墨烯做為散熱器。當石墨烯層堆疊於另一石墨烯層上時，則形成了易碎且導電性差的石墨，故需要解決石墨烯發熱以及電容的問題。錫烯由重原子錫所組成，可被做為拓撲絕緣體，且在室溫或高於室溫時電子傳輸效率為100%。
此外，透過添加氟原子於錫結構，錫烯可在水的沸點附近變成超導體。
石墨烷是石墨烯的二維六方氫化形式。氫原子連接於碳原子平面的兩側。與石墨烯相比，石墨烷保留了石墨烯的薄度、超強韌性、撓性及密度，但是石墨烷的氫-碳鍵具有絕緣效果。目前已經發現，石墨烷的熱容略高於石墨烯。此外，石墨烷增加的可撓性可提升高效率以及高密度的氫儲存。在某些情況下，石墨烷以及部分氫化的石墨烷結構可以被寫在石墨烯上的特定區域中，例如使用電子束光刻。
石墨烷也是絕緣體且可被結合於任何層上。石墨烷可做為熱屏障，以將熱導至需要的方向上。於某些實施例中，石墨烷的特定區域可以做為屏障，讓熱通過指定的路徑。理論上，熱四周佈滿石墨烷所禁錮，並讓熱被引導到指定的腔體或排放區域。
於本發明技術中，石墨烯被沉積於一多孔金屬發泡基材上，例如，可透過化學氣相沉積法進行。在本發明技術中，錫烯或石墨烷也可用來代替石墨烯。鎳發泡體、銅發泡體等任何的金屬發泡體可被使用於本發明技術，但不限於此。於某些實施例中，化學氣相沉積法可塗佈石墨烯於錫發泡體的內部空間以及金屬橋。沉積有石墨烯的錫發泡體透過壓力壓縮，可產生具有用於讓電流通過的平面石墨烯矩陣之石墨烯金屬複合物。甚至於壓縮之前，可以沉積額外的石墨烯層，但石墨烯不可直接沉積於碳原子上，會形成石墨。相反地，其他金屬層，例如銅、鎳、鈀、金或任意金屬，可以閃光塗佈或其他的電鍍方式覆蓋石墨烯上，使另一石墨烯層可於金屬層上生長，並於沉積
到所需的石墨烯層數後再進行壓縮。於某些實施例中，以石墨烯、錫烯或石墨烷增強後的多孔金屬發泡體可使用於光纖中以增進其熱能、電能以及屏蔽性質。
上述本發明的優點以及其他優點將配合附圖說明。
請參考圖1A及1B，其共同顯示了鎳發泡體的實施例，其中圖1A為掃描式電子顯微鏡(SEM)下鎳發泡體之顯微結構照片，圖1B為鎳發泡體之開孔金屬發泡基材示意圖。開孔金屬發泡體是由複數個孔洞形成的結構，其中孔洞的內表面可從鄰近的孔洞進入，相反地，閉孔結構個別孔洞皆獨立存在，例如類似於泡泡的結構。圖1B中的開孔金屬發泡結構100包含有金屬發泡體110以及空隙空間120。根據本實施例，開孔金屬發泡結構100由鎳所構成，鎳發泡體是具有非常高孔隙率的低密度可滲透材料。鎳發泡體可以在較寬鬆的孔隙率範圍內被製造，例如，所占體積為70%到98%之間。某些實施例中，本發明中使用的鎳發泡體之孔隙率可為孔隙空間占總體積的95%或是更高。
在某些實施例中，本發明之錫發泡體可以塗佈錫金屬於聚氨酯發泡體的方式製造，例如，使用化學氣相沉積法(CVD)製造。塗佈錫金屬之聚氨酯發泡體可加熱以去除聚合物基底，留下的即為多孔性鎳成品。多孔性鎳成品的孔徑大小由聚合物模板的孔徑大小所決定。化學氣相沉積法的特色在於可在聚合物模板中三維地沉積均勻厚度的鎳，其中鎳的厚度係由停留在電鍍室的時間所決定。
圖2繪示石墨烯之化學結構200。石墨烯是排列成六邊形蜂窩晶格的二維碳薄片，其具有非常理想的物理性能。與表1中的其它
材料相比，石墨烯為最強韌的材料，其具有1000GPa的楊氏模量，但非常柔軟、相當穩定且具有機械彈性。石墨烯也可以轉移到任何平坦或不規則形狀的表面上。與表1中其他材料相比，石墨烯亦為最佳導電體，其具有5020W/m*K的理論導電率，且可非常有效率的傳導熱。石墨烯只有單原子的厚度，有巨大的比表面積；然而，石墨烯的薄度導致了非常小的容量。
其他包含石墨烯的晶格變化之碳的同素異形體有石墨、金剛石、以及奈米碳管。石墨是由許多層的石墨烯堆疊所組成。相較於每層的碳原子間的緊密接合，不同層間僅依靠微弱的凡得瓦鍵(van der Waals bonds)連接。這些微弱的凡得瓦鍵使每層之間可以橫向滑動，造成石墨的滑溜以及易碎。如表1所示，石墨烯的導電率幾乎可以為石墨的3倍或是3倍以上。
金剛石為純碳最穩定的形式，有兩種方法可實現其四面體晶格結構，即非常高的高壓以及高溫或化學氣相沉積法，導致金剛石難以被製造。如表1所示，金剛石的密度約為石墨烯的15倍，但石墨烯具有與金剛石相似的楊氏模數及較高的拉伸強度。
奈米碳管是生長成管狀的石墨烯層。雖然奈米碳管僅有奈米等級的直徑，奈米碳管的長度卻可以生長到毫米等級。奈米碳管係最強韌的纖維之一，且具有如同石墨烯一樣的高傳導性。某些奈米碳管的直徑為1.3到3奈米，其是微觀的且遠小於錫發泡體的最小空隙。與單層的石墨烯不同，奈米碳管可以使用比傳統矽電晶體少3倍的功率開啟或關閉。
圖3根據為利用化學氣相沉積法沉積石墨烯於開孔金屬發泡體110中以形成開孔石墨烯金屬發泡300之結果示意圖。石墨烯層310可以透過化學氣相沉積法(CVD)沉積於金屬發泡體110而製造石墨烯金屬發泡300。例如，石墨烯層310可以被沉積於金屬發泡空隙空間120中之金屬發泡體110的內部表面上，產生石墨烯金屬發泡空隙空間320。
圖4為化學氣相沉積法(CVD)的流程示意圖，藉由化學氣
相沉積法(CVD)並使用適當的材料以及條件可形成石墨烯。例如，一個包含內管410以及外管420的密閉中心腔體，至少兩種氣體，如甲烷(CH4)以及氫氣(H2)，可於管中流動，使得所述的至少兩種氣體於中心混合成一渦流。一捲金屬發泡基材430，例如鎳發泡體，可送入密閉中心腔體。當金屬發泡基材430在密閉中心腔體的退火區被加熱，且甲烷氣體透過內管410流入而氫氣透過外管420流入時，氫氣催化甲烷與金屬發泡基材430之表面和空隙間的反應，導致甲烷的碳原子沉積於金屬發泡基材430之上以及其內部空隙中。一但碳原子占據金屬結構的表面，將會把其他碳原子退向側邊，形成一個單原子厚度的碳層。密閉中心腔體在生長區450快速冷卻，沉積的碳層被結晶成金屬發泡基材430上的連續石墨烯層，且保持沉積的碳層不聚集成塊狀石墨。於某些實施例中，可使用放線和繞線機構移動金屬發泡基材430通過密閉中心腔體，以形成一捲沉積有石墨烯的金屬發泡基材460。
與沈積在固體金屬膜上的單層石墨烯相比，化學氣相沉積法(CVD)提供金屬發泡基材更大表面積的石墨烯。例如，1×1×0.003英吋的固體鎳膜片塗佈石墨烯，每個面可以有二層石墨烯，在兩層的情況下，其厚度為0.0000000078英吋且每邊有46×1015個原子。基於原子的數量，石墨烯的重量可以被計算。以此類推，基於金屬發泡體的孔隙率可以計算壓縮前沉積於1×1×0.062英吋厚的鎳發泡體的原子重量。
圖5為為根據本發明之一具體實施例之製造石墨烯金屬複合物之方法流程圖。圖5說明製造石墨烯金屬複合物之方法500。於
步驟510，方法500始於沉積石墨烯於多孔金屬發泡基材之上。於某些實施例中，多孔金屬發泡基材得為鎳發泡體，此鎳發泡體具有至少95%或更高的孔隙率。於各種實施例中，石墨烯可以透過化學氣相沉積法被沉積於鎳發泡體上，如圖4所示。
各種不同的方法也可以用於製造石墨烯。根據某些實施例，石墨烯以化學合成方式產生，例如透過化學純化石墨以及熱重塑，使碳原子形成可加工為薄層奈米結構組態、添加至鎳發泡體、或加工為奈米碳管。奈米碳管繩可以使用催化劑材料以及加熱流動於金屬表面之富碳氣體的方式生長於金屬發泡體的多孔結構中。這些奈米碳管繩即會占據金屬發泡體中的空隙，當製造到期望的奈米碳管數量時，可將這些發泡體壓縮，留下熱以及電的超導體材料。
於某些實施例中，可以使用超音波照射石墨的方式製造石墨烯。將石墨加入稀有機酸、醇以及水的混合物中，並將混合物暴露於超聲波照射。酸將靠著凡得瓦鍵鍊結的石墨烯片分離，使得大量未被損壞且高品質的石墨烯分散於水中。
圖6描述本發明之一具體實施例，石墨烯增強錫發泡體602可被輥壓接合於結構材料604表面，填充預壓開口以允許導熱與導電管穿過結構材料，這將允許熱、電以及屏蔽性質在共平面方向以及跨平台路徑上行進，而增加更多質量容量且增強複合材料之性能以做為超導管。在輥壓接合結構構件至石墨烯增強發泡體的步驟之前，藉由結構構件上的緩解區，可以產生熱路徑以幫助通過結構構件散熱並通過金屬發泡複合物從裝置中散熱。參見例如2015年10月6日申請的美
國專利第14/876,733號專利“Multiple Layered Alloy/Non Alloy Clad Materials and Methods of Manufacture”，其公開內容整體併入本文以做為參考。本發明揭露輥壓接合包覆材料的另一實施例。
根據圖7描述的某些具體實施例，塗佈石墨烯的銅箔704可以用輥壓接合的方式被接合。例如，0.003英吋厚的輥壓接合材料可包含2個鎳702的外層，共6層且每層0.0004英吋厚的銅704夾在2個鎳702外層之間。2個外層鎳箔702外側可塗佈共8層石墨烯，且12層石墨烯可添加於6層銅箔704，使0.003英吋厚的輥壓接合材料內共有20層石墨烯。於某些實施例中，石墨烯可以生長於鎳、銅、錫或任何其他金屬薄片。於生長過程後，透過包覆製程可使各金屬薄片間之原子結合在一起。所得到的複合物具有很多層金屬以及石墨烯，增加更多的質量容量，使複合物具有更優良的熱、電以及屏蔽性質。
於其他替代的實施例中，預定材料如銅、鎳、錫、其他任意金屬或其他材料，可以透過濺鍍以原子等級沉積於預定的基材上，像是石墨烯層、錫烯層或石墨烷。濺鍍沉積方法是物理氣相沉積法，其係由高能粒子碰撞靶材使靶材噴濺出粒子來沉積薄膜。於某些實施例中，濺鍍沉積於內部空氣不斷地被移除之真空腔體內執行，例如透過真空泵移除空氣，並灌入氬氣。當氬原子與預定靶材碰撞時，原子從預定靶材表面射出，且在相對於靶材的基材上一層一層的堆積，使例如銅以原子等級濺鍍於石墨烯層之間。於一具體實施例中，預定材料濺鍍到石墨烯上，使其對石墨烯晶格的損壞或分解最小。於濺鍍沉積製程後，濺鍍有銅的各石墨烯層透過包覆製程可使各層間之
原子結合在一起。所得到的複合物有許多層的金屬以及石墨烯，增加更多的質量容量，允許複合物具有更優良的熱、電以及屏蔽性能。
於另一實施例中，金屬、熱塑性塑膠或導電彈性體可以3D印刷到鎳發泡體的空隙中。另可使用射出模、壓塑模或壓鑄的方式製造熱塑性塑膠或是金屬於鎳發泡體的空隙或表面。根據某些實施例，可以將熱路徑選擇性地添加到鎳發泡體的某些區域，使得所選擇的區域具傳導性，而鎳發泡體內的其他特定區域則可選擇性地絕緣。選擇添加熱路徑之後，鎳發泡體可進行壓縮。
在某些實施例中，沉積至少一層石墨烯於其金屬發泡基材之增強石墨烯-鎳發泡體802可透過壓鑄或射出模製於框架804中，像是鋁製的行動電話框架、任何鋁框架、鋅框架、塑膠框架或任何金屬製成的框架，如圖8所示。將鎳發泡體802壓鑄於鋁框架804中之後，在鎳發泡體802與鋁外殼之間將存在非常小的應力。鎳發泡體802可被壓縮至厚度0.1mm到0.45mm，同時保持發泡的表面均勻、平坦且平行於壓鑄框架804。
於步驟520，沉積石墨烯的金屬發泡基材使用任何想要的方式壓縮至期望的厚度水平。於某些實施例中，沉積石墨烯的金屬發泡基材被壓縮至大體上關閉金屬發泡基材中的空隙，且讓沉積於石墨烯的金屬發泡基材薄於未壓縮的金屬發泡基材。例如，可以將石墨烯透過化學氣相沉積法(CVD)塗佈於0.200英吋厚的鎳發泡體。然後，將塗佈的鎳發泡體透過輥壓或壓縮的方式形成厚度為0.010英吋的石墨烯-鎳複合物，比未壓縮的鎳發泡體薄20倍。於各種實施例中，壓縮
量可用於控制石墨烯金屬複合物的彈性體性質。
石墨烯複合材料包含石墨烯矩陣於鎳發泡體中，使得石墨烯複合材料比單層材料高出40倍效率。鎳發泡體壓縮後性能極大的提高，產生熱及電的通道。由於石墨烯具有延展性以及彈性，因此可以被壓縮。然而，石墨烯應避免受高熱(在氧存在下超過700℃)，否則其將分解並轉化為二氧化碳。此外，據報告顯示石墨烯如同陶瓷一樣脆且易碎。石墨烯甚至會在被製造時破裂。
圖9為根據本發明之另一具體實施例之石墨烯金屬複合物製造方法之流程圖。圖9說明了製造石墨烯金屬複合物的方法900，其中金屬發泡基材可以塗佈多層的石墨烯。與方法500相似，方法900使於步驟910之沉積石墨烯於多孔金屬基材。於某些實施例，石墨烯可以使用化學氣相沉積法沉積，石墨烯可以為化學合成，或任何其他方式合成並沉積石墨烯。
於步驟920，一金屬層形成於沉積石墨烯的金屬發泡基材上。於某些實施例，金屬被閃光塗佈或電鍍在石墨烯上。為了使石墨烯層堆疊在金屬發泡基材上，需要在石墨烯層之間施加金屬層，因為如前所述，直接堆疊石墨烯會產生石墨，其石墨易脆且相較於石墨烯具有較不理想的熱性質。當添增了許多層石墨烯以及金屬於金屬發泡基材上，其石墨烯金屬複合物的熱以及電性質可以以指數成長。此外，於各種實施例中，施加在石墨烯層之間的金屬可以是任何金屬，包括銅、鎳、鈀或金，但不限於此。進一步地說，任何可以生長石墨烯的基材皆可應用於本發明，例如玻璃和陶瓷，儘管它們的導電性很
低。鎳具有用於生長石墨烯的更好的性能，其於單一製程中每一面上都可成長兩層石墨烯。鎳極具有延展性，具有好的抗腐蝕性，但其導電性並非特別優良，大約比銅低4倍。銅為軟的，可延展性高且具有優良的熱性質。
於步驟930，石墨烯透過化學氣相法沉積於金屬層上，石墨烯可以為化學合成，或使用其他任何合成方式以及沉積方式。步驟920及930可重複直到沉積出期望層數的石墨烯。例如，步驟920及930可以被重複6、7或8次。一旦沉積到期望數量的石墨烯層，步驟940則將此多層金屬發泡基材壓縮或輥壓至期望的厚度水平，得到石墨烯金屬複合物。
圖10為為根據本發明之一具體實施例之製造石墨烷金屬複合物之方法流程圖。圖10說明製造石墨烷金屬複合物之方法1000。於步驟1010，方法1000始於沉積石墨烷於多孔金屬發泡基材之上。於某些實施例，石墨烷可以使用化學氣相沉積法沉積，石墨烷可以為化學合成，或任何其他方式合成並沉積石墨烷。於步驟1020，沉積石墨烷的金屬發泡基材使用任何想要的方式壓縮至期望的厚度水平。
圖11為根據本發明之另一具體實施例之石墨烷金屬複合物製造方法之流程圖。圖11說明了製造石墨烷金屬複合物的方法1100，其中金屬發泡基材可以塗佈多層的石墨烷。與方法1000相似，方法1000使於步驟1110之沉積石墨烷於多孔金屬基材。於某些實施例，石墨烷可以使用化學氣相沉積法沉積，石墨烷可以為化學合成，
或任何其他方式合成並沉積石墨烷。
於步驟1120，一金屬層形成於沉積有石墨烷的金屬發泡基材上。於某些實施例，金屬被閃光塗佈或電鍍在石墨烷上。為了使石墨烷層層堆疊在金屬發泡基材上，需要在石墨烷層之間施加金屬層，因為如前所述，直接堆疊石墨烷會產生石墨，石墨易脆且相較於石墨烷具有較不理想的熱性質。當添增了許多層石墨烷以及金屬於金屬發泡基材上，其石墨烷金屬複合物的熱以及電性質可以以指數成長。此外，於各種實施例中，施加在石墨烷層之間的金屬可以是任何金屬，包括銅、鎳、鈀或金，但不限於此。進一步地說，任何可以生長石墨烷的基材皆可應用於本發明，例如玻璃和陶瓷，儘管它們的導電性很低。鎳具有用於生長石墨烷的更好的性能，其於單一製程中每一面上都可成長兩層石墨烷。鎳極具有延展性，具有好的抗腐蝕性，但其導電性並非特別優良，大約比銅低4倍。銅為軟的，可延展性高且具有優良的熱性質。
於步驟1130，石墨烷透過化學氣相法沉積於金屬層上，石墨烷可以為化學合成，或使用其他任何合成方式以及沉積方式。步驟1120及1130可重複直到沉積出期望層數的石墨烷。例如，步驟1120及1130可以被重複6、7或8次。一旦沉積到期望數量的石墨烷層，步驟1140則將此多層金屬發泡基材壓縮或輥壓至期望的厚度水平，得到石墨烷金屬複合物。
圖12為根據本發明之一具體實施例利用電腦系統1控制化學氣相沉積儀器以及壓縮儀器之示意圖。也就是說，電腦系統1可以
選擇熱分佈以控製石墨烷沉積期間的加熱和冷卻。
電腦系統1可以使用其中一組指令，執行本文中任一或多個方法。於各種實施例顯示，其機器操作可為獨立設備或可連結(例如網路連結)至其他機器。於網路部署中，機器可以操作於伺服器的容量或客戶機於伺服器-客戶端網路環境中，或做為點對點(或分散式)網路環境中之對等機。其機器可以為機器人構造的標記裝置、基地站、個人電腦(PC)、平板電腦、機上盒(STB)、個人數位數理(PDA)、行動電話、攜帶式音樂播放器(例如攜帶式硬碟音樂驅動裝置像是MP3(Moving Picture Experts Group Audio Layer 3)撥放器)、網路設備、網路路由器、交換器或橋接器，或任何具有能執行一組指令(序列的或其他種類的)之能力的機器，其中該組指令指明該機器要採取的操作。進一步地說，儘管本實施例中僅有單組機器，但「機器」一詞應被認定為包括可單獨地或聯合地執行一組(或多組)指令之機械的集合，以執行本發明所討論的任何一個或多個方法。
電腦系統1包含一個或多個處理器5(例如中央處理單元(CPU)，圖像處理單元(GPU)，或兩者)，一個主記憶體10以及一靜態記憶體15，兩者透過匯流排20互相連接。電腦系統1可以進一步包含一個顯示器35(例如液晶顯示器(LCD))。電腦系統1也可包含一個字母-數字輸入裝置30(例如鍵盤)，一個游標控制設備(例如滑鼠)，一個語音辨識或生物辨識單元(未顯示於圖中)，一個驅動單元37(也稱做為磁碟驅動單元)，一個訊號產生裝置40(例如揚聲器)以及一個網路介面裝置45。電腦系統1可進一步包含一個資料加密模組(未顯示於圖中)以加密資
料。
驅動單元37包含一個電腦或機器讀取媒介50，可儲存一組或多組使用或呈現任何一個或多個本發明所述之方法或功能的指令集以及資料結構(例如指令55)。在電腦系統1執行指令55期間，指令55可以完全或部分地暫存於主記憶體10內和/或處理器5中。主記憶體10以及處理器5也可以組成機械可讀取媒介。
指令55可進一步利用任何已知的傳輸協定(例如超文本傳輸協定(Hyper Text Transfer Protocol,HTTP))經由網路介面裝置45由網路發送及接收。雖然在本實施例中機器讀取介面為單獨介面，但「電腦可讀取媒介」一詞應包含單獨介面或多個介面(例如集中式或分佈式資料庫和/或聯合暫存和服務器)以儲存一組或多組指令。「電腦可讀取媒介」也可包含任何可儲存、編碼或攜帶一組用於讓機器執行之指令的媒介，其指令可使機器執行一個或多個本發明應用之方法，或者是可以儲存、編碼、或攜帶可被上述指令利用或與上述指令聯合之資料結構的媒介。「電腦可讀取媒介」應被理解為包含固態記憶體、光碟或磁碟以及載波信號，但不限於此。這些介面也可包含硬碟、軟碟片、閃存卡、數位視頻盤、隨機存取存儲器(RAM)、唯讀記憶體(ROM)等，但不限於此。所述的實施例可透過安裝於電腦的軟體，硬體或軟體及硬體組合的操作環境來具體實現。
並非所有電腦系統1的元件皆為必須，因此可以移除一部分不需要的元件，像是輸入/輸出(I/O)設備(例如，輸入裝置30)。本領域技術人員可知，網路服務可以被設置以提供網路接點給連結於
此網路服務的一台或多台計算機裝置，計算機裝置可包含一個或多個處理器、匯流排、儲存裝置、顯示裝置、輸入/輸出裝置等。進一步地說，本領域技術人員應當理解，上述網路服務可以連結一個或多個資料庫、儲存空間、伺服器等，其用於實現本發明所述揭露之任何實施例。
參考本發明所述之「一個實施例」或「實施例」，其意味著結合實施例描述的特定特徵，結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，在整個說明書中的各個地方出現的句子「在一個實施例中」、「在實施例中」或「根據一個實施例」(或其他具有類似含義的句子)不一定都是指相同的實施例。進一步地說，特定特徵，結構或特性可以在一個或多個實施例中以任何合適的方式組合。此外，根據本文中討論的前後關係，單數項可包含其複數形式，複數項可包含其單數形式。類似地，帶連字符號的詞(例如『開啟-需求』)偶爾可與其非連字符號版本(例如『開啟需求』)互換使用，大寫詞句(例如『Software』)可與其非大寫版本(例如『software』)互換使用，可以使用或不使用撇號(例如PE’s或PEs)來表示複數詞，並且斜體字(例如，『N+1』)可以與其非斜體字版本(例如，『N+1』)互換使用。這種偶爾的互換使用不應被認為彼此不一致。
此外，一些實施例可以使用「用於...的裝置」表現一個工作或一組工作。其將理解，本文中可以根據諸如處理器，存儲器，相機的I/O設備或其組合的結構來表示「用於...的裝置」。或著，「用於...的裝置」可包含描述功能或方法步驟的算法，而在其他實施例中，「用
於...的裝置」可表示數學公式、散文，或像是流程圖或訊號圖。
本文所使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而並非限制本發明。如本文所使用，除非有特別表明，否則單數形式的「一個」和「此」應包含複數形式。還應當理解，當本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，指所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合。
儘管本文中出於說明的目的描述了系統的具體實施例和範例，但是如相關領域的技術人員將意識到的，在系統的範圍內的各種等效修改是可能的。例如，雖然以給定順序呈現過程或步驟，但是選擇的實施例可以執行具有不同順序的步驟，並且可以刪除、移動、添加、細分、組合和/或修改一些過程或步驟或子組合。這些過程或步驟每一個皆可以各種不同的方式來實現。此外，儘管過程或步驟有時被視為連續執行，但是這些過程或步驟可以替代地被同時執行，或者可以在不同時間執行。
雖然本文中已經描述了各種實施例，但是應當理解，它們僅僅是作為範例呈現而非限制。所述之描述並不在於將本發明的範圍限制為本文所闡述的特定形式。相反地，本文旨意在於覆蓋可以包括在由所附權利要求限定的本發明精神和範圍內，並且本領域通常技術者以其它方式理解這樣的替換、修改和等同物。因此，優選實施例的廣度和範圍不應當由任何上述所示之實施例限制。
Claims (20)
- 一種用於製造石墨烷金屬複合物的方法，包含：將一石墨烷沉積於一多孔金屬發泡基材以形成一石墨烷層；以及濺鍍一金屬於該石墨烷層上以形成一金屬層；重複沉積石墨烷及濺鍍金屬之步驟，直到獲得所需之一石墨烷層數及一金屬層數；以及壓縮沉積有該石墨烷層數之該等石墨烷層的該多層多孔金屬發泡基材以形成一石墨烷金屬複合物；其中，該多孔金屬發泡基材之孔隙率至少為70%。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該多孔金屬發泡基材係鎳發泡體或銅發泡體。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該石墨烷係透過化學氣相沉積法沉積於該多孔金屬發泡基材。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於壓縮該多孔金屬發泡基材前，該石墨烷係以成長複數個奈米碳管於該多孔金屬發泡基材之表面與內部的方式沉積於該多孔金屬發泡基材。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該石墨烷沉積於該多孔金屬發泡基材之步驟包含：於該多孔金屬發泡基材之複數個空隙內合成複數個奈米碳管；以及於壓縮該多孔金屬發泡基材前，將該等奈米碳管穿過該多孔金屬發泡基材之該等空隙。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該石墨烷沉積於該多孔金屬發泡基材之步驟包含在壓縮該多孔金屬發泡基材前，3D列印複數個熱彈性體或一金屬於該多孔金屬發泡基材之複數個空隙中。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中在壓縮該多孔金屬發泡基材前，該熱彈性體或該金屬選擇性地添加至該多孔金屬發泡基材上之特定區域。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中沉積有該石墨烷的該多孔金屬發泡基材被壓縮至該多孔金屬發泡基材的複數個空隙大體上關閉，且被壓縮至沉積有該石墨烷的該多孔金屬發泡基材厚度薄於未壓縮過的多孔金屬發泡基材。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含將該石墨烷金屬複合物或其上之一特定區域壓鑄或射出成型於鋁、鋅或塑膠的鑄模中之步驟。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等石墨烷層中之至少一層可以一錫烯層或一石墨烯層代替。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含將該石墨烷金屬複合物輥壓接合於一結構構件之步驟。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含將至少一層該石墨烷金屬複合物輥壓接合到至少一層塗覆有石墨烷的銅箔之步驟。
- 一種石墨烷金屬複合物，包含：一多孔金屬發泡基材；複數層石墨烷層，沉積於該多孔金屬發泡基材之上；以及至少一金屬層，分別形成於相鄰之該等石墨烷層之間；其中，該多孔金屬發泡基材、該等石墨烷層及該至少一金屬層被壓縮形成一石墨烷金屬複合物。
- 如申請專利範圍第13項所述之石墨烷金屬複合物，其中該多孔金屬發泡基材係鎳發泡體或銅發泡體。
- 如申請專利範圍第13項所述之石墨烷金屬複合物，其中該多孔金屬發泡基材之孔隙率至少為70%。
- 如申請專利範圍第13項所述之石墨烷金屬複合物，其中該石墨烷層係透過化學氣相沉積法沉積於該多孔金屬發泡基材。
- 如申請專利範圍第13項所述之石墨烷金屬複合物，其中沉積於該多孔金屬發泡基材之該石墨烷層係透過於該多孔金屬發泡基材之複數個空隙內合成複數個奈米碳管且將該等奈米碳管穿過該該等空隙而形成。
- 如申請專利範圍第13項所述之石墨烷金屬複合物，其中該石墨烷金屬複合物或其上之一特定區域係壓鑄或射出成型於鋁、鋅或塑膠的鑄模中。
- 如申請專利範圍第13項所述之石墨烷金屬複合物，其中沉積有該石墨烷層的該多孔金屬發泡基材被壓縮至該多孔金屬發泡基材的複數個空隙大體上關閉，且被壓縮至沉積有該石墨烷層的該多孔金屬發泡基材厚度薄於未壓縮過的多孔金屬發泡基材。
- 如申請專利範圍第13項所述之石墨烷金屬複合物，其中該等石墨烷層中之至少一層可以一錫烯層或一石墨烯層代替。
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