用于电子设备的带石墨烯散热膜的合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及用于电子设备的含有合金、不锈钢和石墨烯复合材料的工艺技术，具体涉及一种用于电子设备的带石墨烯散热膜的合金材料及其制备方法。

背景技术：

随着智能时代的来临，人们对手机的需求越来越高，手机的硬件配置也随之提高，cpu从单核到双核在逐渐提升至四核、八核，屏幕大小和分辨率也不断提升。伴随着手机硬件和性能提升所带来的则是手机发热越来越严重的问题，设备运行中产生的热量将直接影响电子产品的性能和可靠性，如果热量未能及时散发出去面临的将是手机发烫、卡顿、死机甚至爆炸等问题。散热问题一直是消费电子行业高度关注的痛点和难点。

导热材料主要用于解决电子设备的导热和热均衡问题。导热材料主要是应用于系统热界面之间，通过对粗糙不平的结合表面填充，用导热系数远高于空气的热界面材料替代不传热的空气，使通过热界面的热阻变小，提高半导体组件的散热效率，行业又称“热界面材料”。

目前手机中使用的散热技术主要包括石墨散热、金属背板、边框散热、导热凝胶散热、热管散热、均温板等等。石墨烯具有许多优异的性能，比如高强度、高热导率及疏水性，利用石墨烯薄膜的高热导特性，可将石墨烯包覆在合金表面，显著提高合金材料的热导率。

如公开日为2019年2月1日、公开号为cn208452480u的中国发明专利文献，公开了一种手机屏幕用石墨烯贴膜，但其未公布石墨烯的制备方法；如公开日为2019年8月30日、公开号为cn110182793a的中国发明专利文献，公开了一种高导热石墨烯散热片的制备方法，该方法将水性氧化石墨烯溶液涂布于经炭化的聚酰亚胺膜上，再进行石墨化处理制得石墨烯散热片，工艺流程复杂，加入粘结剂后会增加热阻。

因此，现有公开的用于电子设备的石墨烯膜，在制作工艺上都还不够完善。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于电子设备的带石墨烯散热膜的合金材料及其制备方法，该方法可以直接使用工业级合金材料作为基底，通过化学气相沉积法在其表面沉积石墨烯，提高合金热导率，增强其散热特性，可制备得到适用于电子设备领域大批量使用的散热材料。

本发明的技术方案如下：

用于电子设备的带石墨烯散热膜的合金材料，其特征在于：该合金材料的基底为合金，基底表面包覆有石墨烯薄膜；所述合金是铜合金、铁合金或者铝合金；所述石墨烯薄膜为单层或2~1000层。该合金材料应用于电子设备的传热、散热、或换热部件。

所述基底的形状根据应用需求设计为管状、板状、块状或者粉末状。

制备上述用于电子设备的带石墨烯散热膜的合金材料的制备方法，其具体过程为：

以合金为基体材料，使用清洗液体进行清洗，再使用稀盐酸对清洗后的合金进行化学除杂，清洗吹干；

将处理完成的合金置于化学气相沉积反应室中，密封反应室，使用真空泵使沉积反应室压力至10pa以下，通入氢气和保护气开始加热升温，当温度达到1000℃~1200℃后，保温1min~120min，再通入含碳气体和保护气，继续再保温1min~120min，使含碳气体裂解并在合金表面沉积为石墨烯，然后降温，降温速率为50℃/min~300℃/min，完成合金上石墨烯的化学气相沉积，即制备得到用于电子设备的带石墨烯散热膜的合金材料。

所述稀盐酸的浓度为0.1mol/l~2mol/l，化学除杂时间为1min~30min。更优的，选择稀盐酸的浓度为0.01mol/l~1.5mol/l时，化学除杂时间为5min~30min。

所述清洗液体为丙酮、酒精、异丙醇、水其中的一种或多种任意比例混合。进一步的，对合金的清洗过程包括冲洗和超声波振动。

所述吹干使用的气体为惰性气体，该惰性气体为氮气或氩气，或者氮气和氩气的混合气。

所述氢气和保护气的比例为1:0~1:30，通入氢气和保护气的流量为：100sccm~1000sccm。

所述含碳气体和保护气的比例为1:0~1:50，通入含碳气体和保护气的流量为：0.5sccm~50sccm；所述含碳气体为碳原子在1~10区间内的烷烃、烯烃、炔烃和芳烃中的一种或多种任意比例混合。

所述保护气均为氩气或氮气。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、将石墨烯包覆在合金材料表面，不需要额外粘接剂，不会加入额外热阻，传热效果更好。

2、直接在合金表面原位沉积石墨烯，沉积的石墨烯薄膜的厚度在原子级，与涂覆石墨烯涂料相比，厚度薄，质量轻，价格更低，在表面实现全覆盖。

3、使用的合金为工业级合金，形状可以是各种复杂结构，价格低廉，易于工业大规模推广。

4、可以控制气体配比，沉积温度、降温速率调节沉积的石墨烯层数，实现表面性能的调控。

附图说明

图1是本发明制备得到的复合材料的表面拉曼光谱数据示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步描述，以更好地了解本发明的内容，但本发明并不仅限于以下的实施例。

实施例1

以bfe10-1-1铜合金片为基体材料，制备形成包覆石墨烯的合金复合材料的具体步骤如下：

（1）将铜合金片置于丙酮中超声振动5min清洗其表面并用氮气吹干，接着再将其置于去离子水中超声振动5min清洗其表面并用氮气吹干；

（2）用2mol/l的稀盐酸化学除杂10min，接着再用去离子水清洗10min并吹干；

（3）将处理完成的铜合金置于化学气相沉积反应室中，密封反应室，使用真空泵使沉积反应室压力至10pa以下，通入比例为1:30的氢气和氩气，气体流量为100sccm，开始加热升温，升温速率为16.7℃/min，当合金材料达到1000℃后，保温1min，通入比例为1:50的甲烷和氩气，流量为0.5sccm，再保温1min，使甲烷裂解在合金表面沉积为石墨烯，然后降温，完成合金上石墨烯的化学气相沉积。

根据上述集体材料和制备制得的包覆石墨烯的合金复合材料，如图1所示的拉曼光谱数据，可以明显看出成功沉积了石墨烯。

实施例2

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中的保温温度为1100℃。

实施例3

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中的保温温度为1150℃。

实施例4

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中的保温温度为1200℃。

实施例5

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中采用的含碳气体使用的是10个碳原子的烷烃。

实施例6

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中采用的含碳气体使用的是10个碳原子的烯烃。

实施例7

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中采用的含碳气体使用的是10个碳原子的炔烃。

实施例8

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中采用的含碳气体/保护气的比例为1:0。

实施例9

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中氢气和保护气的比例为1:0。

实施例10

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中含碳气体和保护气的流量为50sccm。

实施例11

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（3）中氢气和保护气的流量为1000sccm。

实施例12

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（1）中使用的合金为bfe30-1-1，b10，b19，bmn3-12，bmn40-1-5，h96，h90，h80，h70，h65，h62，hal77-2，hal77-2a，304，316，5052-h112，5083-h112，6061-t651，7050-t7451，7075-t651中的一种。

实施例16

本实施例采用和实施例1相同的制备步骤，其中步骤（1）中使用的合金为工业级的铜合金、铁合金和铝合金材料。