一种超薄石墨烯高导复合材料的制作方法

本发明涉及一种碳原子为主要成分的高导复合材料，尤其涉及一种通过对碳材料表面作特殊处理并将合金通过物理气相沉积法镀层于碳材料表面制得的超薄石墨烯高导复合材料。

背景技术：

现有智能电子终端市场的散热材料或者EMI/ESD的防护材料中使用最多的是合成石墨材料(导热率为：1000～1700W/m.K)。由于石墨表面分子结构通过范德华力结合的缘故，在实际贴装使用中遇到三大问题：1)表面易掉碳粉，有引起电路短路的风险，在实际使用过程中一般两面复合胶带并通过包边工艺来避免其短路的风险，胶带的使用大大影响了合成石墨本身的导热性能，实际使用的产品导热率相比合成石墨本身会下降300～500W/m.K不等(视复合胶带的厚度以及材质而定)。2)导电性能的抑制，石墨本身为电的良导体，由于表面易掉粉的原因需要通过复合胶带来进行保护，保护的同时抑制了其良好的导电性能，使用中变成了一种绝缘材料，智能终端制造商需要在散热材料的基础上再增加导电接地材料来解决电路中的EMI/ESD的防护问题。3)厚度空间的局限性，合成石墨在实际使用过程中厚度极限30um，随着电子终端的集成度越来越大，设计越来越薄，有限散热空间随之减少，如何制备一种具有高性能、高导热率的散热材料，改善用户体验，提高芯片运算速度，提高安全性成为了设计者急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超薄石墨烯高导复合材料的制作方法，结合物理气相沉积法(PVD)将合金原子或分子(合金包括但不限于镍、铬及其合金物质)转移到高温合成石墨基材表面，表面物质相互结合后，形成一定厚度的保护层，增加产品导热率的同时解决受外力冲击时石墨表面结合力不足，碳分子容易剥落的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种制备超薄石墨烯高导复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)将聚酰亚胺在800-3000℃下逐渐升温进行烧制去除材料中的杂质，制备得到高纯度定向单晶体结构底层石墨载体；

(2)从3000℃降温至850℃以下过程中，将步骤(1)中所得石墨载体与一种膨化材料进行摩擦，在体相石墨的表面产生絮片状的晶体,所述絮片状晶体中含有单层石墨烯结构，这种石墨烯结构在物质稳定性上更好。

(3)通过物理气相沉积法将金属镀层于步骤(2)所得材料表面。

进一步地，所述步骤(1)得到的石墨载体厚度为10-70μm。

进一步地，所述步骤(1)在惰性气体环境下制备得到石墨载体。

进一步地，所述步骤(1)中石墨载体的制备在高温电加热炉体内进行。

进一步地，所述步骤(2)中，所述膨化材料为热解石墨。

进一步地，所述步骤(3)中，所述金属为镍、铬的合金。

进一步地，所述步骤(3)中的金属镀层厚度为0.5-5μm。

本发明的另一目的在于提供一种根据上述方法制得的超薄石墨烯高导复合材料。

本发明的有益效果在于：(1)提供了一种超薄石墨烯高导复合材料及其制备方法，通过对合成石墨在原子化过程中的特殊处理使其表面活性化使其形成与金属良好的结合性，通过PVD工艺将石墨表面形成极薄的保护层，且维持其表面的导电性能在达到散热性能目的的同时可以将此材料直接作为接地材料/EMI防护材料使用，大大减小了材料设计空间；(2)本发明的超薄石墨烯高导复合材料的导热率同比合成石墨要高100～500W/m.K，并无需复合任何保护类胶带，在实际使用过程导热率不会受影响；(3)本发明的制备方法适合大量生产。

附图说明

图1本发明实施例所得石墨烯高导复合材料结构图；

图2本发明实施例中模拟试验测温装置示意图；

图3本发明实施例中模拟实验结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

本发明提供一种超薄石墨烯高导复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚酰亚胺在800-3000℃下逐渐升温进行烧制去除材料中的杂质，制备得到高纯度定向单晶体结构底层石墨载体；

2)从3000℃降温至850℃过程中，将步骤(1)中所得石墨载体与一种膨化材料进行摩擦，在体相石墨的表面产生絮片状的晶体，这些絮片状晶体中含有单层石墨烯结构；

3)通过物理气相沉积法将金属镀层于步骤(2)所得材料表面。

所得超薄石墨烯高导复合材料的结构见图1所示，材料包含三层结构，即金属镀层1、活性石墨烯层2和定向性人工石墨基材层3。

实施例1

CCDNG-20石墨烯高导复合材料的制备

基于上述制备方法，得到10μm厚度的底层石墨载体后，将其与热解石墨进行摩擦，在体相石墨表面产生含有单层石墨烯结构的絮片状的晶体，最后将镍、铬的合金镀层于材料表面，镀层厚度为3μm。所得CCDNG-20石墨烯高导复合材料的导热率为2200～2300W/m.K。

实施例2

CCDNG-30石墨烯高导复合材料的制备

基于上述方法，得到20μm厚度的底层石墨载体后，将其与热解石墨进行摩擦，在体相石墨表面产生含有单层石墨烯结构的絮片状的晶体，最后将镍、铬的合金镀层于材料表面，镀层厚度为3μm。所得CCDNG-30石墨烯高导复合材料的导热率为1900～2100W/m.K。

实施例3

如图2所示，分别利用没有散热材料、使用铜作为散热材料、使用人工石墨作为散热材料以及使用实施例1所得示石墨烯高导复合材料作为散热材料的PCB板进行测温试验，试验条件如下所述：

1、在90x90x1.2mm的PCB板4上装22x22x1.2mm的热源6，热功耗为:2.5W，使热源稳定工作在85℃。

2、距离热源1mm的高度上方放置10x10x1mm的支撑塑胶板5；

3、使用Fluke测温仪(型号为TI125)垂直拍照高度约300mm，Fluke镜头与拍摄物体平面水平，如图2所示。

得到试验结果如图3所示，无散热材料的PCB板上方测得的温度最高93.8℃，其次是使用铜作为散热材料的PCB板上方测得的温度为55.6℃，再次是使用人工石墨作为散热材料的PCB板上方测得的温度为43.5℃，最后是使用石墨烯高导复合材料作为散热材料的PCB板上方测得的温度为41.0℃。可知石墨烯高导复合材料作为散热材料具有良好的散热性。