[发明专利]一种制备高导热性能的铜/石墨/铜叠层复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种制备高导热性能的铜/石墨/铜叠层复合材料的方法，其包括以下步骤：(1)取石墨薄膜，在其两侧表面均匀沉积一层金属镍作为过渡层；(2)再在沉积有过渡层的石墨薄膜的两侧表面电镀金属铜，即完成。与现有技术相比，本发明引入金属镍做过渡层，在制备过程中，金属镍增强了铜和石墨界面的扩散。铜和石墨经过渡层相互扩散，形成清晰的扩散界面，从而大大增强了铜和石墨的界面结合力，进而提高了铜/石墨/铜复合材料的导热性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种制备高导热性能的铜/石墨/铜叠层复合材料的方法。

背景技术

由于电子工业的高速发展，尤其是电脑和手机性能的快速提升，电子元件的热损耗不断升高，因此，有效的热管理对于电子元件变得越来越重要，开发具有高热导率的热管理材料具有十分重要的现实意义。目前，石墨薄膜因其优异的导热性能而受到热管理材料领域的关注。特别是，具有高热导率(1100-1600W·m^-1·K^-1)的石墨薄膜已经可以用于集成电路电子设备的散热。但是，石墨薄膜因其较低的强度和韧性，限制了其在热管理领域的应用。因此，可以将石墨薄膜与金属等其他材料结合形成高强度高韧性的热管理复合材料。其中，铜/石墨复合材料是一种良好的热管理复合材料。

经对现有技术文献的检索发现，由于没有化学反应的存在，铜和石墨在制备过程中无法形成化学键连接，这导致了铜和石墨界面结合力较弱。因此，如何增强铜和石墨的界面结合力是当前研究的重点。目前，粉末冶金法是当下主要采用的制备铜/石墨复合材料的方法。J.Kovacik等人在《International Journal of Thermal Sciences》Volume 90,19January 2019,Page 298-302发表了“Thermal conductivity of Cu-graphitecomposites”论文，采用粉末冶金法在950℃、150MPa下制备了铜/石墨复合材料，但是仅仅增加温度和压力，铜和石墨还是会发生界面分离，这对复合材料的导热性能产生很大影响。因此，如何增强铜和石墨界面结合力是当下研究铜/石墨复合材料的关键。

本发明正是为了解决上述问题而提出的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备高导热性能的铜/石墨/铜叠层复合材料的方法。在石墨薄膜表面电沉积金属镍作为过渡层，该过渡层加强了石墨和铜界面的扩散，有效增强了铜和石墨的界面结合力，使其拥有较高的导热性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制备高导热性能的铜/石墨/铜叠层复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)取石墨薄膜，在其两侧表面均匀沉积一层金属镍作为过渡层；

(2)再在沉积有过渡层的石墨薄膜的两侧表面电镀金属铜，即完成。

进一步的，步骤(1)中，石墨薄膜在沉积金属镍前，先进行预处理，预处理过程具体为：

将石墨薄膜放入NaOH溶液中清洗，去除其表面油污，再将其放入HNO₃溶液中清洗，去除其表面氧化物。

更进一步的，NaOH溶液的浓度为15g/L，浸泡时间为1min。

更进一步的，HNO₃溶液的浓度为25wt％，浸泡时间为1min。

进一步的，沉积金属镍的方式为电沉积。

更进一步的，电沉积金属镍的过程具体为：将石墨薄膜放入镍镀液中，控制镀液pH为4.4～4.8，镀液温度为50～60℃，采用双电极电镀，设置电流密度为2-6A/dm²，电镀时间为2-5min。