[发明专利]一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法

说明书

一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法，它涉及一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法。本发明是要解决目前石墨烯增强铜基复合材料中石墨烯分散不均匀的问题。方法：一、称取多层石墨烯纳米片和铜金属粉末；二、将铜粉进行片状化球磨处理；三、利用物理气相沉积的办法在石墨烯表面沉积铜微粒；四、将铜片表面和石墨烯进行表面处理并在溶液中均匀分散；五、超声波震荡自主沉积；六、处理后的铜片与石墨烯产生化学吸附；七、预压并利用等离子烧结制备石墨烯增强铜基复合材料。本发明用于航天、航空、电子器件等多种领域。

技术领域

本发明涉及一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法。

背景技术

5G技术的飞速发展，使得功率芯片功率及发热量越来越高，对散热材料也提出了更苛刻的要求，而单一的传统金属材料，已经难以满足大功率芯片的封装要求，由此，研究人员开始通过添加某种增强体，来使所得到的复合材料，例如有人通过添加高导电、高导热、优异力学性能的二维碳材料石墨烯作为增强体，以纯铜金属作为基体制作一种新型的高导热复合材料，来满足电子制造领域中日益增长的高导热需求。

现有文献中公开的石墨烯/铜复合材料的制备方法，一般是采用球磨等分散工艺力图使石墨烯均匀分散在基体中时，但由于石墨烯与铜粉密度的不同，无法均匀混合石墨烯和铜粉，导致复合材料的导热性能及力学性能降低。因此本发明采用不同超声波分别震荡石墨烯、铜粉的方法，设置开关控制石墨烯与铜粉均匀混合，同时，利用物理气相沉积的办法在石墨烯粉体表面沉积铜微粒，用来改善铜基复合材料中基体与石墨烯界面，加强复合材料的导热特性。得到导热性能优良，力学性能有较大提高的石墨烯增强铜基复合材料。

发明内容

本发明是要解决目前石墨烯增强铜基复合材料中石墨烯分散不均匀的问题，而提供一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法。

一种在超声波震荡下进行自组装吸附的石墨烯负载铜增强铜基高导热复合材料的制备方法是按以下步骤进行：

一、原料称取：按质量分数称取0.3％～5％多层石墨烯纳米片和95％～99.7％的铜金属粉末；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1～15μm；

二、铜粉片状化处理：将铜金属粉末和助磨剂装入球磨罐中，球磨罐中球料比为(2～20):1，以100～400rpm的转速球磨2～15h，得到片状化后的铜金属粉末；所述片状化后的铜金属粉末的平面大小为30～70μm，厚度为100～300nm；

三、石墨烯表面负载铜：采用等离子物理气相沉积将铜原子沉积在多层石墨烯纳米片表面，物理气相沉积同时进行在搅拌，得到负载铜的石墨烯；所述负载铜的石墨烯中铜的负载量为3％～6％；

四、原材料表面处理与分散：将聚乙烯醇溶于50～90℃水中，配置PVA水溶液，将片状化的铜金属粉末加入PVA水溶液中搅拌均匀，在温度为80℃的条件下水浴保温1～15h，得到羟基化铜片；将负载铜的石墨烯加入到浓度为3％～5％的SnCl₂溶液中，超声10～100min，之后转移至浓度为3％～5％的PdCl₂溶液中，超声10～100min，再用去离子水清洗，然后放置于无水乙醇中进行超声分散，得到处理后的石墨烯纳米片；将处理后的石墨烯纳米片在去离子水中加入质量分数为5％的乙二胺四乙酸钠，超声分散，得到分散后的石墨烯；

五、超声波震荡自主沉积：

将羟基化铜片和分散后的石墨烯分别放入两个容器中，然后分别对羟基化铜片和分散后的石墨烯进行超声波震荡处理，均匀分散后，分别在容器开口处设置开关，控制每隔5～30s 打开开关，使分散后的石墨烯通过管道，在重力作用下在另一个容器内在重力的作用下自主沉积沉淀，静置4～8小时，形成石墨烯铜的层状结构，得到混合层状材料；