[发明专利]一种竖直石墨烯基热界面材料及其制备方法、装置

说明书

本发明提供了一种竖直石墨烯基热界面材料及其制备方法、装置，该方法包括在电场的作用下，通过等离子体增强化学气相沉积工艺制得竖直石墨烯；其中，所述电场的方向与所述竖直石墨烯的生长方向相同。本发明一实施方式的方法，所采用的设备简单，工艺流程简单，可重复性强。

技术领域

本发明涉及石墨烯，具体为一种竖直石墨烯基热界面材料的制备方法及制备装置。

背景技术

随着电子器件向着小型化、高功率密度的方向发展，如何有效地将集成电路中产生的热量传导出去，探索高效的散热技术已逐渐成为亟待解决的问题(A.A.Balandin,etal.Nat.Mater.2011,10,569)。其中，热界面材料作为集成电路中的散热部件，其热导率的高低直接决定了散热的效率。石墨烯的理论面内热导率高达5000W/m·K，被认为是制备热界面材料的理想材料之一(A.A.Balandin,et al.Nano Lett.2008,8,902)。如何将石墨烯材料在微观尺度上优异的热学性质延伸到石墨烯宏观热界面材料的结构中，石墨烯材料的组装策略和制备方法显得尤为重要。

制备石墨烯基热界面材料的传统方法主要有三种，一种是水平石墨烯薄膜直接用作热界面(C.P.Wong,et al.ACS Nano 2011,5,2392)；第二种是石墨烯粉体与高分子复合构筑成随机取向的网络结构(A.A.Balandin,et al.Adv.Funct.Mater.2019,30,1904008)；第三种则是以分子自组装、膜卷切、定向冷冻、定向水热还原、挤压法等为代表的自上而下法来构筑形成石墨烯竖直结构(Z.Z.Yu,et al.ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,17383；S.L.Bai,et al.Carbon 2016,109,552；C.T.Lin,et al.ACS Nano 2019,13,11561)。

然而通过以上提到的多种方法制备得到的石墨烯基热界面材料的竖直热导率均小于50W/m·K，难以完全满足实用的需求。为了进一步提升热界面材料的竖直热导率，满足石墨烯基热界面材料的商业化需求，从生长制备角度出发，探究一种简洁高效制备高性能石墨烯基热界面材料的方法，仍是有待解决的一大难题。

发明内容

本发明的一个主要目的在提供一种竖直石墨烯基热界面材料的制备方法，包括在电场的作用下，通过等离子体增强化学气相沉积工艺制得竖直石墨烯；其中，所述电场的方向与所述竖直石墨烯的生长方向相同。

本发明一实施方式还提供了一种竖直石墨烯基热界面材料，由上述的方法制得。

本发明一实施方式进一步提供了一种竖直石墨烯基热界面材料的制备装置，包括化学气相沉积炉、等离子体源和电场发生组件；所述电场发生组件包括第一电极板、第二电极板和直流电源，所述第一电极板和所述第二电极板均设置于所述化学气相沉积炉的反应腔室内，所述第一电极板与所述直流电源的负极相连，所述第二电极板与所述直流电源的正极相连，所述第一电极板位于所述第二电极板的上方。

本发明一实施方式的方法，所采用的设备简单，工艺流程简单，可重复性强。

附图说明

图1为本发明一实施方式的竖直石墨烯材料的制备装置的结构示意图；

图2A1、2A2为实施例1的生长竖直石墨烯阵列前后的石墨纸的实物图；

图2B为实施例1所制得的竖直石墨烯阵列的扫描电镜图；

图2C为实施例1所制得的竖直石墨烯阵列的拉曼图；

图2D为实施例1所制得的竖直石墨烯阵列的透射电镜图(TEM)；

图2E为实施例1所制得的竖直石墨烯阵列的光电子能谱图(XPS)(全谱)；

图2F为实施例1所制得的竖直石墨烯阵列的光电子能谱图(碳谱分析)；