一种用于激光显示的散热装置及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适用于激光显示中高发热量电子元器件的散热领域，具体涉及一种用 于激光显示的散热装置及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着微电子技术的快速发展，微电子学领域电子产品的集成度越来越高，功耗也 越来越大，电子元器件的耗散功率也随之倍增，而过高的温度会对电子元器件产生巨大的 影响，极大的制约了电子元器件的性能和使用寿命，成为亟待解决的问题。
[0003] 目前，为了解决各种高发热量电子元器件的散热需求，大多在电子元器件表面贴 装高导热系数的金属散热片或散热装置，例如铜和铝，将电子元器件内部的热量均匀散发 出去。但同时，随着使用时间的增加，金属散热片被空气氧化，以及表面灰尘的大量聚集，导 致散热效果下降，越来越难以满足现有产品对散热的需求。尤其是在在激光投影机设计中， 为了达到较高的亮度，一般会使用多颗大功率激光器。由于激光器本身能量的转换效率，其 中只有一部分能量转换为光输出，更多的能量被转换成了热。如果不迅速的把这些热量传 导到外部散发，将会导致激光器温度急速上升，随温度升高，激光器的光输出功率降低，亮 度降低，色彩变差，严重影响了激光器使用寿命。现有技术中激光投影机通常采用风扇对激 光器进行强制降温，由于激光器的功率较大且热源集中，风扇无法及时有效的散发激光器 产生的热，导致现有技术中激光投影机的散热效率较低。而现有激光器中散热装置由于导 热材料的限制，散热装置尺寸较大，影响整体的器件尺寸。所以能够找到新的导热材料，使 散热装置上覆盖其新型材料的导热涂层，能够大大改善散热效率，缩小散热装置的尺寸，对 于激光显示中的散热装置具有重大意义。
[0004] 由于石墨烯材料具有重量轻、导热系数大、导热均匀、可塑性强的优点，近年来，基 于石墨烯散热为主体的新型散热涂料逐渐增多，成为电子元器件散热研究领域的一个热 点。然而，石墨烯材料尚存在以下问题:首先，CVD生长的石墨烯薄膜虽然导热性能好，但是 制备过程复杂，制备成本较高;而溶液法制备的石墨烯薄膜虽然制备较为简便，但是未改性 的湿法制备的石墨烯薄膜比表面积较小，导热性能较差。所以，为了降低成本、提高导热性， 通常解决的方案是在石墨烯薄膜中掺杂一些浆料，如金属氧化物，金属纳米颗粒等材料用 以改变其薄膜的物理、化学性质，提高其在电子元器件及其组件中的实用性。
[0005] 因此，研究如何增加其导热涂层的导热率，增强散热装置的散热效率，缩小散热装 置的尺寸和集成度，提高薄膜的粘附性与平整性，使其适应性更广，成为了激光显示散热的 关键技术，也是目前此领域研发的重点及难点。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种用于激光显示的散热装置其制备方法，通过在导热衬底及散热鳍 片表面喷涂超薄复合导热涂层，解决了现有技术中存在的制备过程复杂、制备成本较高、石 墨烯薄膜比表面积较小、导热性能较差、薄膜的粘附性与平整性差、散热装置的尺寸与散热 性能无法兼顾等技术问题。
[0007] 为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0008] 一种用于激光显示的散热装置，该散热装置包括导热衬底和固定在导热衬底上的 若干散热鳍片，所述导热衬底和散热鳍片上涂有超薄复合导热涂层，所述超薄复合导热涂 层中各组分的重量百分比分别为：还原氧化石墨烯40%~70%、导热银纳米颗粒5%~ 30%、氧化锌纳米颗粒15%~20%、导电聚合物5~15%。
[0009] 作为优选，所述导热衬底为金、银、铜、铝及其合金的一种或多种。
[0010] 作为优选，所述散热鳍片为金、银、铜、铝及其合金的一种或多种。
[0011 ]作为优选，所述超薄复合导热涂层的厚度为500nm~5μηι。
[0012] 作为优选，所述还原氧化石墨稀的纯度>99.9wt%，片层厚度为0.335~I .Onm，片 层直径为0.5~5μπι，层数为1~2层，比表面积为1000-1217m2/g。
[0013] 作为优选，所述导热银纳米颗粒粒径为20~lOOnm。
[0014] 作为优选，所述导热氧化锌纳米颗粒粒径为80~200nm。
[0015]作为优选，所述导电聚合物为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸。
[0016] 一种用于激光显示的散热装置的制备方法，制备过程包括以下步骤：
[0017] 1)利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对导热衬底（1)及散热鳍片（2) 进行彻底的清洗，清洗后干燥；
[0018] 2)在导热衬底（1)以及散热鳍片（2)上，使用喷涂制备工艺先喷涂一层由氧化石墨 烯原料溶液与氧化锌前驱溶液组成的主体原料溶液，形成氧化石墨烯/氧化锌复合薄膜；
[0019] 3)在氧化石墨烯/氧化锌复合薄膜未干燥时，使用喷涂制备工艺在薄膜上再喷涂 一层导电聚合物原料溶液与导热银纳米颗粒原料溶液组成的填充材料溶液，形成复合涂 层；
[0020] 4)通过反应温度为160~200 °C、反应时间为60~90min的高温热反应，复合涂层干 燥并发生相应的化学反应得到超薄复合导热涂层(3)，高温反应在使复合涂层得到干燥的 同时，使得氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯，且使得还原氧化石墨烯与氧化锌纳米颗粒 产生化学结合，还将导热银纳米颗粒与导电聚合物均匀填充薄膜，使薄膜更为平整；
[0021] 5)将均匀喷涂超薄复合导热涂层(3)的导热衬底（1)和散热鳍片（2)通过手弧焊、 氩弧焊、电阻焊中的任意一种焊接方式焊接在一起。
[0022] 作为优选，制备超薄复合导热涂层的各原料溶液采用以下方式配制:所述导热银 纳米颗粒原料溶液为导热银浆经过高温热反应制成，浓度为0.1~lg/ml;所述氧化锌前驱 溶液为氧化锌前驱体溶液经高温退火而成，溶剂为二甲氧基乙醇，浓度为〇 . 2~5mg/ml;所 述导电聚合物原料溶液为导电聚合物水分散液，浓度为2~lOmg/ml;所述氧化石墨烯原料 溶液为氧化石墨稀DMF分散液经高温反应而成，浓度为1~5mg/ml。
[0023] 相较于现有技术，本发明的有益效果为：
[0024] (1)在超薄复合导热涂层中，由于还原氧化石墨烯与氧化锌纳米颗粒中的氧原子 能够再高温下相互结合，所以可以使还原氧化石墨烯与氧化锌纳米颗粒形成一个层间距较 大的疏松复合结构，大大增大了还原氧化石墨烯的比表面积，从而增强了其导热性，能够大 大缩小散热装置的尺寸，节约激光显示系统中的空间；
[0025] (2)引入尺寸较小的导热银纳米颗粒，填充原氧化石墨烯与氧化锌纳米颗粒复合 结构间的热缺陷，增强超薄复合导热涂层的导热均匀性，使得超薄复合导热涂层导热均匀；
[0026] (3)高温反应在使复合涂层得到干燥的同时，使得氧化石墨烯还原为还原氧化石 墨烯，且使得还原氧化石墨烯与氧化锌纳米颗粒产生化学结合，还将导热银纳米颗粒与导 电聚合物均匀填充薄膜，使薄膜更为平整；
[0027] (4)由于导电聚合物溶剂具有溶解性好、受热不分解的特点，使用少量作为平滑剂 与粘合剂填充整体超薄复合导热涂层的间隙，使超薄复合导热涂层更加平整，且附着力更 强，使散热装置与热源接触时空气缺陷大大减少。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的结构示意图；
[0029] 图2是超薄复合导热涂层的薄膜横截面内部成分分布示意图；
[0030] 图中标号分别为:1、导热衬底;2、散热鳍片;3、超薄复合导热涂层。
【具体实施方式】：
[0031] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 实施例1
[0033] -种用于激光显示的散热装置及其制备方法，导热衬底1及散热鳍片2的结构如图 1所示，先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对导热衬底1及散热鳍片2进行彻 底的清洗，清洗后干燥;在导热衬底1及散热鳍片2上喷涂主体原料溶液，喷涂速率为δμL/s， 喷涂时间为60s，喷涂后形成氧化石墨烯/氧化锌复合薄膜;待主体原料溶液未完全干燥时， 再在氧化石墨烯/氧化锌复合薄膜上继续喷涂填充材料溶液，喷涂速率为2μLΛ，喷涂时间 为15s，喷涂后填充了氧化石墨烯/氧化锌复合薄膜的缺陷与空隙，