[发明专利]一种石墨烯金属基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯金属基复合材料及制备方法，涉及机械电子技术领域。该方法采用分子级工程的方法对石墨烯进行表面金属化；再将金属化后的石墨烯、金属纳米颗粒配制成膏体进行烧结，得到石墨烯金属基复合材料。石墨烯金属化后会改变石墨烯对金属的润湿性，解决了石墨烯与金属结合力差的问题，石墨烯表面金属化的颗粒成为石墨烯与金属的传热桥梁，大幅增强复合材料的热传递效能。本发明提供的石墨烯金属基复合材料的制备方法能够在较低的烧结压力和机械压力下生产出热导率较高的复合材料。

技术领域

本发明涉及机械电子技术领域，尤其涉及一种石墨烯金属基复合材料及制备方法。

背景技术

电子器件在关键散热部位处需要考虑到连接件的易损性，通常使用环氧树酯导电胶等热导率较低的热传递材料，此类材料虽简单易得，且能保证一定的连接可靠性，但散热效率十分低下，常在10W/m·K以下，对于一些散热密度较大的电子器件而言非常无力。而散热效果的好坏直接影响器件的使用性能以及使用寿命。如何提高电子器件连接处的散热性，延长电子器件使用寿命，提高性能，是本领域亟需解决的关键问题。

石墨烯具有良好的强度、柔韧度、导电导热等特性。它是目前为止导热系数最高的材料，具有非常好的热传导性能。石墨烯基复合材料主要包括与金属及其氧化物复合、与聚合物复合等。由于金属材料具有高比强度、高比模量、高耐蚀性、优异的电热性能及优良的加工性能，使得石墨烯/金属纳米复合材料得到了广泛的研究。目前，石墨烯/金属纳米复合材料的制备方法主要包括自组装法、化学还原法、水热法、电化学沉积法以及热蒸发法等。

本发明旨在解决电子器件连接件的散热问题，利用纳米金属材料表面活性高的特点，使用烧结的方法，在不损坏电子元器件的情况下，将散热器与热源连接在一起，并通过使用石墨烯增强散热的能力大幅提升连接材料的热导率，提升散热效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是背景技术中提到的缺陷，提供一种石墨烯金属基复合材料及制备方法。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

本发明提供一种石墨烯金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)分子级工程处理方法对石墨烯进行表面金属化；

(b)配置一定比例的有机溶剂将步骤(a)得到的金属化石墨烯和金属纳米颗粒混合成膏体进行烧结，得到石墨烯金属基复合材料。

优选的，金属化的石墨烯与金属纳米颗粒为同一种金属。

优选的，步骤(a)为电化学方法将石墨烯表面金属化。

优选的，电化学溶液的PH值为3～5。

优选的，电化学溶液为硫酸铜溶液，金属纳米颗粒为金属纳米铜颗粒。

优选的，步骤(b)中，膏体中的金属化石墨烯的质量分数为0.05wt％～3wt％。

优选的，步骤(b)中，烧结压力为竖直方向，压力大小为0～15MPa，烧结温度为100～400℃。

本发明还提供一种电子元件与散热件的连接方法，将所述的石墨烯金属基复合材料的制备方法中步骤(b)的膏体涂覆在电子元件与散热件的连接处，进行烧结。

需要说明的是，本发明提供的石墨烯金属基复合材料，首先需根据电子器件的散热性能需求选择具体的金属基底材料，然后选择与之对应的石墨烯金属化材料，采用分子级工程的方法在石墨烯表面生长对应的金属颗粒，达到石墨烯表面金属化的效果。石墨烯金属化后会改变石墨烯对金属的润湿性，解决了石墨烯与金属结合力差的问题，石墨烯表面金属化的颗粒成为石墨烯与金属基底的传热桥梁，大幅增强复合材料的热传递效能。