一种铜/石墨烯复合多层散热膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于散热材料技术领域，尤其是一种铜/石墨烯复合多层散热膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着大规模集成电路和封装技术的发展，电子产品也向薄、轻、小方向发展，使得电子产品表面温度也在不断升高，而元器件也迫切需要一个相对低温的环境才能可靠运行，否则会降低电子元件的寿命，因此电子产品的散热成为一个很突出的问题。
[0003]目前市场部分产品通过金属类进行导热散热，尤其是铜和铝，虽然铜的导热系数为(398W/mK)，但是重量大，易氧化等限制了其的应用，而铝的导热系数并不高(237W/mK)，很难满足现有产品对导热散热的需求。目前已经使用的天然石墨材料和人工合成的石墨材料制成的散热膜对电子产品的散热有了一定的改善，但石墨散热膜主要是通过把石墨处理后直接压延的方法以及高分子炭化、石墨化等方法制成的，表面是石墨的散热材料其抗拉强度不高，易碎且颗粒粉尘多，不方便安装和使用。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300 ff/m.K，高于碳纳米管和金刚石，使得石墨稀材料在散热材料领域成为备受瞩目的一颗新星。然而石墨烯的导热效果存在各向异性，它只在二维平面上的散热效果较佳，在纵向上的导热性能却急剧打折，而现有的石墨烯散热膜均没有解决这个问题。此外，现有工艺制备的石墨烯散热膜均为一层散热结构，散热效率还有待进一步提高。
【发明内容】
[0004]本发明旨在解决现有的散热膜存在散热效率低、散热方向受限等缺点，而提供一种铜/石墨烯复合多层散热膜及其制备方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。
[0006]—种铜/石墨烯复合多层散热膜，主要由石墨烯层、铜层交替叠加而成。
[0007]进一步地，所述铜层厚度为0.1?Ιμπι，所述石墨稀层的厚度为0.1?Ιμπι。
[0008]进一步地，所述铜/石墨烯复合多层散热膜的表层为石墨烯层，中间层为铜层和石墨稀层交替叠加而成，其总厚度为10?50μηι。
[0009]—种铜/石墨烯复合多层散热膜的制备方法，主要包括以下步骤:步骤一，取一片金属基体，化学除油;步骤二，在金属基体上沉积一层氧化石墨烯薄膜;然后利用电化学法将步骤二中的氧化石墨烯薄膜还原为石墨烯薄膜;步骤三，将表面覆有石墨烯薄膜的金属基体放入含铜离子的镀液中，在石墨烯薄膜表面电镀一层铜;步骤四，依次重复步骤二、步骤三，从而在金属基体表面形成由石墨烯层、铜层交替叠加的铜/石墨烯多层结构，清洗晾干;步骤五，用酸液溶解金属基体，洗净晾干，得到自支撑的铜/石墨烯复合多层散热膜。
[0010]作为本发明改进的技术方案，所述金属基体为铝、锌、铁中的任意一种。
[0011]作为本发明改进的技术方案，所述化学除油的作用是除去金属基体表面的油污，使其表面具备亲水性，其工艺参数为除油粉10?20g/L，氢氧化钠2?5g/L，温度40?50°C，超声波清洗时间2?I Omin。
[0012]作为本发明改进的技术方案，所述步骤二为(I)首先采用Hummer’s法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯溶于去离子水中，加入质量分数为0.1%?1%的十二烷基苯磺酸钠，超声分散2?5h，配制成0.5?3mg/mL的氧化石墨烯溶液；(2)将所述氧化石墨烯溶液放入电解槽中，以步骤一处理后的金属基体为正极，Pt片为负极，两个电极的间距设在I?5cm，在电极两端施加I?5V的电压，反应5min?5h，使氧化石墨稀电泳到覆盖金属基体表面，取出晾干；(3)将步骤(2)中制得的表面带氧化石墨烯的金属基体放入pH值为7?9的PBS缓冲液中，仍以金属基体为正极，Pt片为负极，调节电极电势为在-2?-3V，反应5min?0.5h，使金属基体表面的氧化石墨烯还原成石墨烯，然后取出洗净晾干。
[00?3]优选地，所述步骤二为(I)首先采用Hummer ’ s法制备氧化石墨稀，然后将氧化石墨稀溶于去离子水中，加入质量分数为0.5%的十二烧基苯磺酸钠，超声分散3h，配制成2mg/mL的氧化石墨烯溶液;(2)将所述氧化石墨烯溶液放入电解槽中，以步骤一处理后的金属基体为正极，Pt片为负极，两个电极的间距设在3cm，在电极两端施加3V的电压，反应0.5h，使氧化石墨稀电泳到覆盖有镍的金属基体表面，取出瞭干；(3)将步骤(2)中制得的表面带氧化石墨稀的金属基体放入pH值为8的PBS缓冲液中，仍以金属基体为正极，Pt片为负极，调节电极电势为在-2.3V，反应1min，使金属基体表面的氧化石墨稀还原成石墨稀，然后取出洗净瞭干，所制得的石墨稀膜厚为0.35μηι。
[0014]作为本发明改进的技术方案，所述步骤二为(I)首先采用Hummer’s法制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯溶于去离子水中，加入质量分数为0.1%?1%的十二烷基苯磺酸钠，超声分散2?5h，配制成0.5?3mg/mL的氧化石墨稀溶液；(2)取每平方厘米0.1?ImL的所述氧化石墨稀溶液滴覆在金属基体，瞭干；(3)将步骤(2)中制得的表面带氧化石墨稀的金属基体放入pH值为7?9的PBS缓冲液中，以金属基体为正极，Pt片为负极，调节电极电势为在-2?-3V，反应5min?0.5h，使金属基体表面的氧化石墨稀还原成石墨稀，然后取出洗净瞭干。
[00? 5]优选地，所述步骤二为(I)首先采用Hummer，s法制备氧化石墨稀，然后将氧化石墨稀溶于去离子水中，加入质量分数为0.5%的十二烧基苯磺酸钠，超声分散3h，配制成2mg/mL的氧化石墨稀溶液;(2)取每平方厘米0.5mL的所述氧化石墨稀溶液滴覆在金属基体覆盖有镍的部分，瞭干；(3 )将步骤(2 )中制得的表面带氧化石墨稀的金属基体放入P H值为8的P B S缓冲液中，以金属基体为正极，Pt片为负极，调节电极电势为在-2.3V，反应20min，使金属基体表面的氧化石墨稀还原成石墨稀，然后取出洗净瞭干，所制得的石墨稀膜厚为0.67μηι。
[0016]作为本发明改进的技术方案，所述步骤三为将表面覆有石墨烯薄膜的金属基体放入主要由硫酸铜20?50g/L、柠檬酸三钠25?50g/L、硝酸钠4?8g/L、氢氧化钠20?40g/L、乙二醇50?150g/L、余量水构成的电镀液中，控制电流密度5?10A/dm2、pH值7?9、温度30?50°C的工艺条件下电链1min?0.5h。
[0017]优选地，所述步骤三为将表面覆有石墨稀薄膜的金属基体放入主要由硫酸铜40g/L、柠檬酸三钠40g/L、硝酸钠6g/L、氢氧化钠30g/L、乙二醇100g/L、余量水构成的电镀液中，控制电流密度8A/dm2、pH值8、温度45 °C的工艺条件下电镀20min，所制得的铜层厚度为0.89μ??ο
[0018]作为本发明改进的技术方案，所述步骤五为用5?10%的稀盐酸酸液溶解金属基体。
[0019]优选地，所述稀盐酸的质量百分比为8%。
[0020]有益效果
本发明的铜/石墨烯复合多层散热膜利用铜粒子将底层石墨烯的热能带动各层石墨烯中，然后利用各层石墨烯的二维平面散热模式快速将热能散出，使得现有的石墨烯散热膜的散热效率显著提高。此外，石墨烯及铜粒子在化学活性较强的时候即进行着交替电沉积，石墨烯和铜粒子之间存在交叉互渗入，因而本发明的石墨烯层和铜层之间的连接十分紧
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【附图说明】
[0021]图1为本发明的铜/石墨烯复合多层散热膜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]现结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0023]本发明的铜/石墨烯复合多层散热膜，主要由石墨烯层1、铜层2交替叠加而成。其中，所述石墨烯层和铜层的层数可以根据电子设备大面积工业使用的要求进行设定，在本发明中，所述铜/石墨烯复合多层散热膜的表层优选为石墨烯层，中间层为铜层和石墨烯层交替叠加而成，其总厚度为10?50μηι。
[0024]本发明的铜/石墨烯复合多层散热膜的制备方法，主要包括以下步骤:步骤一，取一片金属基体，化学除油；步骤二，在金属基体上沉积一层氧化石墨烯薄膜;然后利用电化学法将步骤二中的氧化石墨烯薄膜还原为石墨烯薄膜;步骤三，将表面覆有石墨烯薄膜的金属基体放入含铜离子的镀液中，在石墨烯薄膜表面电镀一层铜；步骤四，依次重复步骤二、步骤三，从而在金属基体表面形成由石墨烯层、铜层交替叠加的铜/石墨烯多层结构，清洗晾干;步骤五，用酸液溶解金属基体，洗净晾干，得到自支撑的铜/石墨烯复合多层