[发明专利]一种三维石墨烯基复合导热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维石墨烯基复合导热材料及其制备方法，属于电子导热材料技术领域。其包括以下步骤：将银颗粒分散液、铜纳米线分散液和石墨烯浆料超声混合均匀，得到混合分散液；将所述混合分散液进行冷冻干燥，得到预制材料：将所述预制材料在真空条件下进行热压烧结，得到所述三维石墨烯基复合导热材料。本发明以二维层状石墨烯作为基本单元，与一维的铜纳米线混合交织在一起，银颗粒既能混合在石墨烯和铜纳米线之间，又能充分附着在两者表面，同时还能填充在两者交织产生的孔隙内，这样三者共同混合更有利于混合分散、分布均匀，通过冷冻干燥进行定型、热压烧结，获得的三维石墨烯基复合导热材料具有高致密化程度和高热导率，实现高效散热。

技术领域

本发明涉及电子导热材料技术领域，具体涉及一种三维石墨烯基复合导热材料及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，电子元器件的集成程度和功率密度不断提高，电子器件的耗散功率密度和发热量越来越大。因此，散热问题变得越来越重要，对热管理技术的要求也更加严格，这是界面导热材料在热管理中起到十分关键的作用。界面导热材料是一种普遍用于集成电路封装和电子散热的材料，主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微观空隙及表面凹凸不平的孔洞，增大界面接触，提高材料的散热性。

传统的界面导热材料主要是以导热颗粒填充聚合物或者油脂，组成导热脂、导热胶粘剂、导热橡胶及相变材料等几类界面材料。石墨烯基界面导热材料以石墨烯或石墨烯与碳纳米管、金属等混合作为导热填料，其中石墨烯最为常见。石墨烯有极高的热导率，单层石墨烯的热导率可达5300W/(m·K)，并且有良好的热稳定性。而且除了有高的热导率值，石墨烯的二维几何形状，与基体材料的强耦合及低成本，都使得石墨烯成为界面材料的理想填料。受石墨烯品质、含量和成分的限制，石墨烯热通量有限，已经难以满足更高要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维石墨烯基复合导热材料及其制备方法，以解决现有受石墨烯品质、含量和成分的限制，石墨烯热通量有限，已经难以满足更高要求的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种三维石墨烯基复合导热材料的制备方法，包括以下步骤：

将银颗粒分散液、铜纳米线分散液和石墨烯浆料超声混合均匀，得到混合分散液；以所述混合分散液中总固量为基准，包括以下质量百分比的组分：银颗粒20～40％、铜纳米线10～30％，余量为石墨烯；

将所述混合分散液进行冷冻干燥，得到预制材料：

所述冷冻干燥过程包括：第一冷冻干燥阶段：从-15～-10℃均匀升温至0℃，时间15h以内；第二冷冻干燥阶段：0℃，保温15～25h；第三冷冻干燥阶段：从0℃均匀升温至30～35℃，时间10h以内；第四冷冻干燥阶段：30～35℃，保温15～25h；

将所述预制材料在真空条件下进行热压烧结，得到所述三维石墨烯基复合导热材料。本发明中混合分散液中总固量，银颗粒的含量为20％、22％、24％、25％、27％、30％、32％、34％、35％、37％、39％或40％等含量；铜纳米线的含量为10％、12％、14％、15％、17％、19％、21％、23％、25％、27％、28％或30％等含量；其余量为石墨烯，石墨烯为基本单元，含量高于30％，石墨烯的层数不超过10。

进一步地，在所述的三维石墨烯基复合导热材料的制备方法中，其特征在于，所述银颗粒分散液的制备包括以下步骤：

将粒径为1～3μm银粉末经超声处理，配制浓度为30～50mg/mL的银颗粒分散液。

进一步地，在所述的三维石墨烯基复合导热材料的制备方法中，所述超声处理条件为：超声频率40～55KHz，超声时间50～80min。

进一步地，在所述的三维石墨烯基复合导热材料的制备方法中，所述铜纳米线分散液的制备包括以下步骤：