[发明专利]一种石墨烯/碳化硅纳米线复式结构热界面材料

说明书

本申请公开了一种石墨烯/碳化硅纳米线复式结构热界面材料及其制备方法。该热界面材料包括石墨烯片和碳化硅纳米线，所述石墨烯片与所述碳化硅纳米线相互交错。热界面材料采用在高温条件下在石墨烯片层间原位聚合碳化硅纳米线，构成层间导热通路，提高石墨烯薄膜的面外热导率，解决热界面材料面外热导率低的问题。

技术领域

本申请涉及一种石墨烯/碳化硅纳米线复式结构热界面材料，属于化学材料领域。

背景技术

电子元器件的微型化和集成化对散热性能提出了更高的要求。过热的环境会影响其使用寿命和运行可靠性。由于微观表面粗糙度的存在，两个固体的实际接触面积仅占其表观接触面积的1～2％，其余部分则由热导率仅为0.026W·m^-1K^-1的空气填充，在热源和热沉之间形成大的接触热阻，限制了热量的散出。

为了解决这一问题，热界面材料被用在热源和热沉之间填充空气间隙，减小接触热阻，提高散热效率。传统的热界面材料主要是将一些高导热陶瓷填料如氮化硼、氮化铝、氧化铝等混入聚合物基体中，热导率大多为1～5Wm^-1K^-1，难以解决电子行业高功率高密度封装所带来的散热问题。

石墨烯由于其超高的热导率，已被广泛用于解决散热问题。Lian等人(G.Xin,H.Sun,T.Hu,H.R.Fard,X.Sun,N.Koratkar,T.Borca-Tasciuc,J.Lian.Large-AreaFreestanding Graphene Paper for Superior Thermal Management[J].Adv.Mater.2014,26,4521.)通过电喷射沉积技术制备了石墨烯薄膜，在2850℃热处理后施加压力，其面内热导率可达到1434W·m^-1K^-1。但是对于传统的石墨烯纸来说，其面外热导率(0.1～3.4W·m^-1K^-1)远低于面内热导率。Jiang等人(J.Zhang,G.Shi,C.Jiang,S.Ju,D.Jiang.3D Bridged Carbon Nanoring/Graphene Hybrid Paper as a High-Performance Lateral Heat Spreader[J].Small 2015,11,6197.)以聚甲基丙烯酸甲酯为碳源，醋酸镍为催化剂，通过热还原在石墨烯片层间原位生长碳纳米环，构建了三维桥接的碳纳米环/石墨烯杂交纸，其面外热导率为5.81W·m^-1K^-1，仍难以满足日益增长的散热需求。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种石墨烯/碳化硅纳米线复式结构热界面材料，热界面材料提高了石墨烯薄膜面外热导率。

在本申请中，面外热导率为石墨烯纸法线方向的热导率。

一种石墨烯/碳化硅纳米线复式结构热界面材料，包括石墨烯片和碳化硅纳米线，所述石墨烯片与所述碳化硅纳米线相互交错。

在本申请提供的热界面材料中，石墨烯形成片状结构，碳化硅纳米线呈总体垂直趋势分布在石墨烯片之间。

可选地，所述碳化硅纳米线的宽度为20～500nm。

碳化硅纳米线为片状的长条结构，碳化硅纳米线提供面外的导热通路。

可选地，所述热界面材料的面外热导率高于10W·m^-1K^-1

根据本申请的另一方面，还提供了一种上述任一项所述的石墨烯/碳化硅纳米线复式结构热界面材料的制备方法：采用高频加热方法，使碳化硅纳米线原位生长于石墨烯的片层间，即可得到所述热界面材料。

本申请采用高频加热在石墨烯的片层间原位生长碳化硅纳米线以提高石墨烯薄膜的面外热导率。

可选地，所述方法至少包括以下步骤：