[发明专利]含银颗粒的石墨烯基散热材料及其制备方法

说明书

本发明主要涉及一种含银颗粒的石墨烯基散热材料及其制备方法，本发明要解决石墨烯和微米银颗粒纳米复合材料散热片的成型问题。方法：配制银颗粒分散液；配制石墨烯分散液；银颗粒分散液与石墨烯分散液混合；冷冻干燥制备混合粉末；混合粉末热处理；热压烧结得到含银颗粒的石墨烯基散热材料；本发明能够制备厚度可以控制的三维石墨烯基散热材料。其兼具高热导率和高辐射率并且有很好的加工性能，有望彻底解决大功率的电子器件的散热难题。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种含银颗粒的石墨烯基散热材料的制备方法。

背景技术

21世纪LED(Light Emitting Diode)及相关产业在世界各地都得到长足的发展，据调查到2020年，全球LED市场规模将达到1500亿美元左右。LED具有体积小、耗电量低、发光效率高、使用寿命长并且绿色环保等优势，故也得到我国政府的大力支持。LED行业在我国20世纪70年代起步经过近几十年飞速发展，市场规模不断扩大。据研究所调查数据显示，2015年中国LED行业总规模达到3967亿元，同比增长15.1％。但是，随着电子信息产品不断微型化和电子技术的发展，LED电子产品不断对其芯片电子高速、高频运行等性能提出更高的要求，然而内部芯片电子元件在高负荷工作情况下不断产生热量，产生的热量不能及时散失出去会导致LED芯片结点温度不断升高，从而严重影响了产品的使用寿命，还可能导致光衰等问题。根据有效数据表明，当LED温度由室温25℃升高至100℃时，将会导致光输出效率衰减50％，使用寿命缩短60％左右。因此，散热问题成了制约LED电子产品发展的重要瓶颈。因此对于散热材料的研究日益引起科学家的关注，传统的散热材料——金属、人造石墨、热管等存在密度大、热导率低、热辐射系数低等缺点，已经不能满足电子产品对散热材料的要求。

具有完美晶格的单层石墨烯热导率高达～5300W/(m·K)，给新一代散热材料的研制提供了难得的机遇。如何利用石墨烯的热学性能成为科学家们研的重点。其中一个战略就是将石墨烯组装成宏观材料，又能充分发挥石墨烯纳观尺度的热学性能，实现从纳观尺度到宏观尺度的跨越。

石墨烯散热膜的研究近年来逐渐深入，其制备方法有有旋涂法、CVD、电化学方法、抽滤法、静电喷雾沉积等，制备工艺相对比较成熟，热导率也已经达到～2000W/(m·K)以上。但是石墨烯散热膜普遍存在热导率随薄膜厚度增加而降低的弊端，限制了其广泛应用。根据傅里叶一维平壁热传导的定律：热通量:Q＝q″·A；q″—热流密度；A—热传导方向上的横截面积；我们要得到很好的散热效果，必须有大的热通量，即制备厚膜或者三维的块体材料。但是目前石墨烯散热膜的制备方法，随着厚度的增加，其致密性难以保证，层间空隙较大造成层间的声子散射增加，导致了其热导率急剧下降(Y.Zhang,J.Liu et al,Improved Heat Spreading Performance of Functionalized Graphene inMicroelectronic Device Application[J].Advanced Functional material,2015,25,4430–4435.)。因此，石墨烯散热材料存在的难题为无法同时实现高热导率和大厚度(三维块体)，即无法获得大的热通量。

发明内容

为解决上述石墨烯散热材料无法同时实现高热导率和大厚度(三维块体)，即无法获得大的热通量的问题，本发明提供一种含银颗粒的石墨烯基散热材料及其制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

1)配制银颗粒分散液：将银颗粒分散在去离子水中；

2)配制石墨烯分散液：将石墨烯粉末分散在去离子水中；

3)银颗粒分散液与石墨烯分散液混合；

4)冷冻干燥得到纳米混合粉末；

5)将混合粉末热处理；

6)热压烧结：将步骤5)得到的混合粉末放入石墨模具中热压烧结，即得到含银颗粒的石墨烯基散热材料；