[发明专利]一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用，属于散热材料技术领域。包括：提供金属基底，对金属基底进行等离子体表面处理，得到预处理金属基底；将碳前驱体、一维补强剂和水混合，得到碳前驱体/一维补强剂混合溶液；将碳前驱体/一维补强剂混合溶液喷涂在预处理金属基底的表面后进行反应，得到直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。本发明通过对金属基底进行等离子体表面处理，使金属基底的表面粗糙度和亲水性能够保证碳前驱体/一维补强剂混合溶液铺展越均匀，适合直立石墨烯纳米片的生长，进而得到均匀分布的直立石墨烯纳米片，一维导热补强剂提供有效的导热通道，从而进一步增强直立石墨烯纳米片复合薄膜的散热性能。

技术领域

本发明涉及散热材料技术领域，尤其涉及一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子器件逐步向微型化和集成化方向发展，散热材料对于电子器件性能的可靠性显得尤为重要。传统的散热材料虽然能够不同程度地满足散热要求，但是在制备和使用过程中也呈现出各种各样的问题，限制了其在许多领域的应用和发展。目前，主流的芯片散热方式是石墨散热，石墨散热片以薄膜形式应用于芯片表面，通过将芯片发热的中心温度分布到一个大区域，以便均匀散热，但是散热石墨片的加工性(高温高压定型)和应用性(石墨片脆)比较差，不利于其实际应用。与人工石墨膜相比，近年来出现的石墨烯散热薄膜，是一种具有sp²杂化结构的含碳六元环结构，其各项物理和化学性能都非常稳定，相对于传统的金属材料如铜、铝等，石墨烯有着更高的散热性能，开发和应用潜力巨大。

现有技术中，石墨烯散热薄膜材料的研究主要集中在其膜内导热性能上，目前的石墨烯导热材料难以满足电子器件的实际散热需求，故在电子器件应用中提高其全方位散热性能是目前亟需解决的难题之一。与石墨烯相类似，直立石墨烯纳米片(VerticalGraphene Nanosheets，VGNs)是一种特殊形态的二维材料，由自组装和垂直取向的多层石墨烯薄片构成，这些纳米片高度约为0.1～2.0μm，平均厚度介于几到十几纳米之间，垂直排列形成互联网络结构。这种独特结构的石墨烯材料与散热器散射式“梳子”的结构相似，可实现电子器件热量的高效传递。直立石墨烯纳米片可通过等离子体增强气相沉积法、微弧溅射法、热丝化学气相沉积法等方法制备，如中国专利CN201811589279.6公开了一种简易制备直立石墨烯纳米片阵列的方法，但所制备的直立石墨烯纳米片存在分布不均匀、散热效果不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用。本发明制得的直立石墨烯纳米片复合散热薄膜分布均匀且散热效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

提供金属基底，所述金属基底的表面存在金属催化剂；

对所述金属基底进行等离子体表面处理，得到预处理金属基底；

将碳前驱体、一维补强剂和水混合，得到碳前驱体/一维补强剂混合溶液；

将所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液喷涂在所述预处理金属基底的表面后进行反应，得到所述直立石墨烯纳米片复合散热薄膜。

优选地，所述金属基底的表面粗糙度Ra为50～300nm。

优选地，所述金属催化剂包括Fe、Ni和Co中的一种或多种。

优选地，所述预处理金属基底的表面水接触角为5°～10°。

优选地，所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液中碳前驱体的浓度为0.2～0.8g/mL。

优选地，所述碳前驱体/一维补强剂混合溶液中一维补强剂的浓度为1.0～5.0mg/mL。