[发明专利]电子器件散热用金刚石负载的石墨烯热界面材料制备方法

说明书

电子器件散热用金刚石负载的石墨烯热界面材料制备方法，涉及热传导材料。石墨烯片在无水乙醇中进行超声处理，金刚石粉末与超声后的石墨烯溶液混合超声；抽滤得到抽滤产物取下，室温下自然风干，高温退火处理；产物用含有偶联剂的无水乙醇浸泡后，取出室温风干得导热骨架；环氧树脂与催化剂乙酰丙酮钕(III)水合物混合后与固化剂甲基六氢苯酐混合在室温下搅拌混合得混合溶液；将导热骨架浸泡入混合溶液中在真空烘箱去除气泡；在普通烘箱中进行两步处理得石墨烯热界面材料。成本较低、过程简单、可满足不同的使用需求、可大批量生产、重复性好。高纵向热导率、高各向同性导热特性，形状和大小可根据器件结构动态调整。

技术领域

本发明涉及电子器件散热方面的热传导材料，尤其是涉及一种电子器件散热用金刚石负载的石墨烯热界面材料制备方法。

背景技术

随着5G时代的到来和第三代半导体的兴起，各种电子设备朝着多功能集成、高封装密度、小型化、高计算速率、高传输速率的趋势发展，不可避免的导致功率密度提升和废热的积聚。如果没有有效的手段将废热散失，就会使电子器件工作温度升高，从而影响电子设备的效率和可靠性，甚至会降低设备的使用寿命。因此，需要引入高导热系数的材料作为媒介，将废热从局部热点传导到散热器中，以满足大功率电子器件的散热需求。如何简便快捷的制造出温度稳定性好、热导率高的各向同性聚合物复合材料也成为热管理的关键问题。

石墨烯是有着明显导热各向异性特点的二维材料，其沿二维平面的热导率在2000～5000W/(m·K)之间，最高可达5300W/(m·K)，具有各项异性的导热特点，可以通过控制其空间取向来获得目标方向的高热导。

金刚石是类球形的颗粒状单质，导热系数高达2200W/(m·K)且表现为各向同性导热。在常压下，金刚石不稳定，会在高温下发生石墨化转变。尺寸为8.5微米的石墨横向热导率高达4300W/(m·K),且随尺寸的减小而上升。因此，如果将微米级金刚石独特的几何结构和退火后微米级石墨的高导热结合起来，理论上可大大提升复合材料的热导率。

近期，材料化学杂志A(J.Mater.Chem.A,2018,6,12091)报导一种制备石墨烯热界面材料的方法，通过将抽滤小片径石墨烯制成的导热骨架与环氧树脂复合，成功制备纵向热导率为5.4W/(m·K)，横向热导率为10.0W/(m·K)的热界面材料。复合材料科学与技术杂志(Composites Science and Technology 200(2020)108473)则报导将聚乙二醇引入到液晶环氧树脂/石墨烯复合材料的界面以制备石墨烯热界面材料的方法，纵向热导率可达到10.17W/(m·K)。化学工程杂志报导(Chemical Engineering Journal 381(2020)122690)一种新型的抽滤方法，通过真空抽滤超声混合后的石墨烯与氧化铝的导热骨架，经过后续的复合过程，制备出纵向热导率高达13.3W/(m·K)，横向热导率为33.4W/(m·K)的各向异性导热材料。

发明内容

本发明的目的在于提供工艺简单、成本低，具有更高热导、更趋于各向同性的导热特征，可动态调整大小、形状以满足各种电子器件需求的一种电子器件散热用金刚石负载的石墨烯热界面材料制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)取石墨烯片100～1000mg，在无水乙醇中进行超声处理，使石墨烯充分分散在乙醇中,使得石墨烯片的平均片径减小至7μm；

2)取300～3000mg的2μm粒径金刚石粉末与超声后的石墨烯溶液混合超声1～3h；

3)将步骤2)中超声后的溶液进行抽滤，将抽滤产物取下在室温下自然风干，进行2500～3000℃高温退火处理；

4)将步骤3)中退火处理后产物用含有1～10wt％偶联剂KH-570的无水乙醇浸泡后，取出，室温风干，得导热骨架；