[发明专利]一种石墨烯-金属复合材料及其制备原料、方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑金属复合材料及其制备原料、方法与应用，其首先以纳米分散的方式将石墨烯均匀分散在单一金属铝或铜中，制备出石墨烯均匀分在其中、便于后续使用的预制锭；再通过共熔炼、搅拌的方式将该预制锭与包含一种或多种金属成分的金属材料均匀熔合，制备出导热、散热效率优良，机械强度高的石墨烯‑金属复合材料。将该石墨烯‑金属复合材料应用在电子产品的导热、散热元件上，可有效解决电子产品发热严重，出现电量使用过快、自动关机、操作失灵、电池寿命下降、网上商务运算迟缓、安全隐患等问题。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种石墨烯-金属复合材料及其制备原料、方法与应用。

背景技术

随着现代科技的迅速发展，电子产品日益趋向于小型、薄型、轻、多功能化，从而也使得电子元器件更加微型化、芯片主频不断提高、单个芯片的功耗逐渐增大，这些变化导致热流密度急剧增高，电子产品发热严重，进而出现电量使用过快，自动关机，操作失灵、电池寿命下降，网上商务运算迟缓，安全隐患等一系列问题。更有研究表明，超过55％的电子产品的失效形式是由温度过高引起的，因此电子元器件的散热问题在电子元器件的发展中有举足轻重的作用。

将强度高、热导率高的石墨烯材料与传统的铝、铜等金属材料结合在一起提升整体材料的导热、散热性能，是近年来导热、散热领域重要的研究项目。申请号为CN201610541944.9的专利申请文件公开了一种石墨烯金属复合材料的制备方法，其通过在干净的金属材料表面辊涂一层胶粘剂，然后将石墨烯浆料辊涂到金属材料涂有胶粘剂的一面，烘干、压实后得到石墨烯金属复合材料；申请号为CN201720047867.1的专利申请文件公开了一种石墨烯散热装置，其包括若干翅片，该翅片由金属薄片所制成，外表面上均设有石墨烯散热涂层；申请号为CN201710733210.5的专利申请文件公开了一种石墨烯导热、散热铜箔用浆料、导热铜箔及其制备方法，其通过将石墨烯粉体、表面处理剂、触变剂、粘结剂、稀释剂混合制成石墨烯导热、散热铜箔用浆料，然后将浆料涂覆在铜箔上，烘烤、贴合、挤压成型，制成石墨烯导热、散热铜箔。由此发现目前石墨烯材料与传统的铝、铜等金属材料结合的方式多为：将石墨烯制作成涂料，涂于金属基材表面形成涂层，此类做法固然可以提升原本金属基材的热导率，但石墨烯厚度相对于金属基材来说非常薄，热量经由石墨烯传导到金属基材时，仍受制于金属基材本身的热导率，从而形成整个热量散失路径机制的瓶颈，导致这种在金属基材上涂覆石墨烯涂层形成的整体材料导热、散热效率优越性不够明显。

发明内容

本发明提供了一种导热、散热效率优良、机械强度高的石墨烯-金属复合材料及其制备原料、方法与应用，其能克服现有技术的不足，首先以纳米分散的方式将石墨烯均匀分散在单一金属铝或铜中，制备出石墨烯均匀分在其中、便于后续使用的预制锭；再通过共熔炼、搅拌的方式将该预制锭与包含一种或多种金属成分的金属材料均匀熔合，制备出导热、散热效率优良，机械强度高的石墨烯-金属复合材料。将该石墨烯-金属复合材料应用在电子产品的导热、散热元件上，可有效解决电子产品发热严重，出现电量使用过快、自动关机、操作失灵、电池寿命下降、网上商务运算迟缓、安全隐患等问题。

因此，本发明的目的之一是提供一种石墨烯-金属复合材料制备用预制锭，所述预制锭由石墨烯粉末与金属粉末制成，所述石墨烯占预制锭总重量的0.01％～0.3％，所述金属粉末为铝粉或铜粉。

优选地，所述石墨烯包含单层石墨烯、多层石墨烯、机械剥离石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯衍生物的一种或几种。

优选地，所述金属粉末的纯度≥99.9％，目数≥600目。

本发明的另一目的是提供一种石墨烯-金属复合材料，该复合材料由金属材料和前述的预制锭按照重量百分比为3.5％～90％∶10％～96.5％制成，所述金属材料的组成成分包含铝、硅、铁、铜、锰、镁、铬、锌、钛、锡、铅中的一种或多种。