[发明专利]石墨烯材料-金属纳米复合材料及其制备和使用方法有效

专利信息
申请号: 201980071188.X 申请日: 2019-08-30
公开(公告)号: CN113039152B 公开(公告)日: 2023-01-10
发明(设计)人: 申强·任 申请(专利权)人: 纽约州立大学研究基金会
主分类号: B82B3/00 分类号: B82B3/00;C22C19/03;C22C26/00
代理公司: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 代理人: 宋融冰
地址: 美国*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 石墨 材料 金属 纳米 复合材料 及其 制备 使用方法
【说明书】:

石墨烯材料‑金属纳米复合材料,其具有金属芯与设置在金属芯上的一个或多个石墨烯材料层。所述纳米复合材料可以通过在分散体中使金属纳米线与一种或多种石墨烯材料和/或石墨烯材料前体接触而形成。所述纳米复合材料可用于形成油墨以涂覆或印刷导电元件或在多种制品中用作导体。所述制品可以是电气设备或电子设备。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月30日提交的美国临时申请第62/725,154号的优先权,其公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开内容总体上涉及纳米复合材料。更具体地,本公开内容总体上涉及石墨烯-金属纳米复合材料。

背景技术

随着对设备小型化和纳米制造的需求激增,微电子设备的尺寸持续减小。这种减小旨在满足对更高效率、便携性和多功能性的日益增长的需求。因此,用于输送所需电功率的金属线(铜、铝等)的尺寸已大幅减小。所产生的高电流密度要求微型设备具有在不击穿的情况下承载更大电流的能力。此外,金属导体的焦耳加热(欧姆加热或电阻加热)会产生较大的热通量。如果不及时消散,其会极大提高金属导体的温度和电阻率。这进一步降低了微电子器件的传输性能和寿命。需要具有高载流能力(安培容量)、电导率和热导率的新导体。

上述挑战指导寻找能够在纳米级承载大量电流的新导体。这种导体还应消散尽可能多的额外热量,以将微型设备的温度保持在安全水平。此外,每种新一代微型设备都需要在不会显著增加制造成本的情况下超越其前身。另外,新导体的制造过程必须容易且易于规模化。

最近,已报道了碳纳米管和铜复合材料具有高的载流能力以及改善的稳定性。然而,范德华(van der Waals)诱导的高度纯化的金属碳纳米管的聚束显著降低了其导电和导热性能。这似乎是由于在通过电沉积方法的重叠纳米管之间存在较高的结电阻。

基于前述,存在对改进的导体的持续且未满足的需求。

发明内容

本公开内容提供了石墨烯-金属纳米复合材料及其制备方法。本公开内容还提供了石墨烯-金属纳米复合材料的用途。

本公开内容提供了制备金属石墨烯纳米复合材料的方法。在特定的实施方案中,纳米复合材料可以表征为方法的产品(其中纳米复合材料通过本公开内容的方法生产)。在多种实例中,制备石墨烯材料-金属纳米复合材料的方法包括在金属纳米线的至少一部分表面或全部表面上形成石墨烯材料和/或石墨烯前体材料层。方法可以使用预成型的金属纳米线。方法可以包括原位金属纳米线形成。分散体可以包含一种或多种添加剂。

方法可以包括由一种或多种石墨烯材料-金属纳米复合材料(例如,由一种或多种石墨烯材料-金属纳米复合材料形成的粉末)形成油墨。油墨可用于形成石墨烯材料-金属纳米复合材料的膜。可以使用多种涂覆或印刷工艺来形成膜。

本公开内容提供了石墨烯材料-金属纳米复合材料。在多种实例中,通过本公开内容的方法制备石墨烯材料-金属纳米复合材料。石墨烯材料-金属纳米复合材料包括金属芯和设置在金属芯的至少一部分表面或金属芯的全部表面上的一个或多个石墨烯材料层。石墨烯材料-金属纳米复合材料可以具有多种形式。石墨烯材料-金属纳米复合材料的形式的非限制性实例包括线、膜和块体(bulk)形式(例如,团块(pellet))。膜可以是自支撑膜或设置在基材上的膜(例如,在可印刷电子器件的情况下)。石墨烯材料-金属纳米复合材料可以具有一种或多种期望特性。期望特性的非限制性实例包括电导率、热导率、散热性、击穿电流、机械性质(例如,杨氏模量)等、及其组合。

本公开内容提供了使用本公开内容的石墨烯-金属纳米复合材料的方法。在多种实例中,本公开内容的油墨用于例如通过印刷形成设备(例如,电气设备或电子设备)的组件。

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