[发明专利]一种高度石墨化碳层复合多孔金属结构热管理材料的制备方法

说明书

一种高度石墨化碳层复合多孔金属结构热管理材料的制备方法，它涉及多孔金属结构热管理材料的制备方法。本发明要解决现有泡沫金属热导率低，散热效率低的问题。方法：一、利用化学试剂对泡沫金属进行洗涤；二、泡沫金属表面深层除氧；三、泡沫金属表面碳前驱体制备；四、泡沫金属表面碳层制备。本发明用于高度石墨化碳层复合多孔金属结构热管理材料的制备。

技术领域

本发明涉及多孔金属结构热管理材料的制备方法。

背景技术

随着计算机技术以及电子技术的飞速发展，电子器件呈现出轻量化、小型化以及高度集成化的特征。根据摩尔定律，集成电路上元器件的数目约每隔1.5～2年的时间便会增加一倍。计算效率提升的同时引发了单位工作空间内热量累积过多，即热密度急剧增加的问题。电子元器件过热现象反而会影响计算效率甚至出现电路烧毁的严重现象。所以，在不降低处理器运算速度而导致发热量上升的情况下，围绕热管理材料提升散热效率的研究工作成为重中之重。

热管理材料从传统的块体金属铝、块体金属铜，到第一代——Invar、Kovar，又到第二代——W-Cu、Mo-Cu，再到第三代金属/陶瓷复合材料，最后发展到近年来热点的第四代金属/碳材料复合材料，高热导率以及低质量密度是热管理材料领域不断追求的性能指标。在第四代热管理材料中，金属种类多以高导热的铝和铜为主，碳材料的形式常选择为纳米石墨片、碳纤维、石墨烯以及纳米单晶金刚石，相较于传统的热管理材料，其热导率提升至3～4倍。

金属/碳材料是一种密实的块体复合材料，传热形式主要以热传导为主，其它的传热形式如对流换热和热辐射对整体的散热贡献极小。而泡沫金属材料在具有金属特性(热导率高、力学性能好)的同时，通孔的多壁结构，不仅使得整体具有极低的密度，而且充分发挥了对流换热的优势，显著提升散热性能，现已成功应用在了投影仪冷却通道和电池组间散热翅片中。虽然泡沫金属有良好的换热特性，但是整体的有效热导率较低，仅约为同体积密实块体金属的1/40。如何能增强泡沫金属的有效热导率成为热管理材料行内业界的重要挑战。研究人员多集中在成形工艺参数、气孔率和孔径尺寸等参数对泡沫金属有效热导率及换热特性影响的研究，但是对泡沫金属整体散热效率的提升并不显著；或者在泡沫金属中填充导热聚合物材料或石蜡相变复合材料来提升热导率，不但失去了泡沫金属本身多孔对流换热高的优势，并且会引发高温时填充物融化流出泡沫金属而污染周围的电子器件。所以，急切需要在能够充分发挥泡沫金属对流换热优势的同时，又能接近或者达到同体积高密度块体金属的热导率，从而显著增强泡沫金属的整体散热性能。

发明内容

本发明要解决现有泡沫金属热导率低，散热效率低的问题，进而提供一种高度石墨化碳层复合多孔金属结构热管理材料的制备方法。

一种高度石墨化碳层复合多孔金属结构热管理材料的制备方法，它是按以下步骤进行：

一、利用化学试剂对泡沫金属进行洗涤：

依次利用碱性试剂、去离子水、酸性试剂、去离子水和无水乙醇清洗泡沫金属，然后干燥，得到清洗后的泡沫金属；

二、泡沫金属表面深层除氧：

将清洗后的泡沫金属放置于石英管中，抽真空至1×10^-4Pa～5×10^-3Pa，然后向石英管中通入氩气，开启射频电源，在功率为10W～400W的条件下，氩气等离子体轰击泡沫金属表面2min～20min，真空密封备用，得到表面深层除氧的泡沫金属；

三、泡沫金属表面碳前驱体制备：

将表面深层除氧的泡沫金属浸渍于含有碳源化合物的溶液中，在温度为20℃～50℃及转速为200rpm～700rpm的条件下，搅拌5h～24h，最后清洗烘干，得到表面含碳前驱体的泡沫金属；

所述的含有碳源化合物的溶液浓度为0.1mol/L～20mol/L；

四、泡沫金属表面碳层制备：