硅烷偶联剂改性石墨烯/6063Al导热材料的电泳沉积制备及其性能研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jimmy7872
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随着电子器件和系统向大规模集成化、小型化、轻量化、大功率方向的快速发展,器件的散热日益成为此类器件进一步发展的瓶颈。6063Al具有良好的热塑性、低密度、高强度、良好的电导热性、低成本、加工简单等特点,广泛应用于航天、交通、电子、通信等领域。然而,面对高端设备产生的大量热量,目前使用的6063Al散热能力远远不能满足散热要求。寻找一种具有更高散热能力的6063Al基复合材料及其制备方法是是解决大功率高集成器件散热问题的途径之一。这不但有助于拓展6063Al的应用范围,促进微电子设备的发展,而且对材料界面散热的理论研究具有重要的理论意义。本文通过脉冲电泳沉积方法在6063Al基体表面制备硅烷偶联剂改性石墨烯复合物镀层。通过TGA、AFM、Raman、FTIR、XPS和SEM测定导热材料的结构和形貌。导热材料的导热系数通过德国林赛斯XFA600激光导热仪进行测定;通过红外热成像仪测定导热材料的导热能力;通过接触角表征导热材料的疏水性;通过电化学测试测定导热材料的抗腐蚀性能。具体研究结果如下:(1)硅烷偶联剂改性石墨烯/6063Al的电泳沉积制备及结构测试通过自组装、水合肼还原和电泳沉积(EPD)等工艺制备了硅烷偶联剂改性石墨烯/6063Al复合材料。KH540-GO/Al和KH540-r GO/Al复合物的厚度分别为3.4μm和1.7μm。KH550-GO/Al和KH550-r GO/Al的厚度分别为3.4μm和1.8μm。KH560-GO/Al和KH560-r GO/Al的厚度分别为4.2μm和1.6μm。经过硅烷偶联剂改性的石墨烯复合物的无序程度比氧化石墨烯GO的高,而经过硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯复合物的无序性高于相应的经过还原的氧化石墨烯复合物。在Al和GO(r GO)之间存在Al-O-Si-O-C共价键。(2)硅烷偶联剂改性石墨烯/6063Al复合材料的导热性能通过红外热成像仪和激光导热仪测试复合导热材料的导热性能。经0 s、40 s、70 s、100 s和130 s后,KH540-r GO/Al的表面温度分别达到19.5℃、78.3℃、132.8℃、173.3℃和221.9℃。KH550-r GO/Al的表面温度分别达到19.4℃、77.1℃、133.6℃、172.9℃和218.4℃。KH560-r GO/Al的表面温度分别达到19.6℃、79.5℃、132.8℃、172.3℃和217.2℃。在50℃、100℃、150℃和200℃下,Al基体的导热系数分别为194.2 W/m·K、191.2 W/m·K、186.9 W/m·K和170.3 W/m·K。KH540-r GO/Al的导热系数分别为206.1 W/m·K、205.3 W/m·K、199.3 W/m·K和197.3 W/m·K。KH550-r GO/Al的导热系数分别为212.6 W/m·K、201.2 W/m·K、201.0 W/m·K和202.4 W/m·K。KH560-r GO/Al的导热系数分别为221.1 W/m·K、201.7 W/m·K、198.3 W/m·K和194.6 W/m·K。由于硅烷偶联剂的改性,Al和r GO之间建立了共价键,促进了声子在Al和r GO之间的传递,最终提高了材料的导热性能。(3)硅烷偶联剂改性石墨烯/6063Al导热复合材料的耐腐蚀性能Al基体的接触角为97.86°。KH540-GO/Al和KH540-r GO/Al的接触角分别为140.21°和149.61°。KH550-GO/Al和KH550-r GO/Al的接触角分别为140.83°和149.13°。KH560-GO/Al和KH560-r GO/Al的接触角分别为140.21°和149.61°。Al的腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-0.798 V和1.361×10-4 A/cm2。KH540-GO/Al和KH540-r GO/Al的腐蚀电位分别-0.700 V和-0.566 V,腐蚀电流密度分别为1.155×10-4 A/cm2和9.307×10-5 A/cm2。KH550-GO/Al和KH550-r GO/Al的腐蚀电位分别为-0.633 V和-0.689V,腐蚀电流密度分别为1.267×10-4 A/cm2和8.406×10-5 A/cm2。KH560-GO/Al和KH560-r GO/Al的腐蚀电位分别为-0.751 V和-0.785 V,腐蚀电流密度分别为1.020×10-4 A/cm2和9.793×10-5 A/cm2。KH540-r GO/Al、KH550-r GO/Al和KH560-r GO/Al三者的腐蚀电流密度的排列顺序为KH550-r GO/Al
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