还原氧化石墨烯/铜复合热界面材料的传热性能研究

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:squllwu20090907
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科技的进步带动人工智能的发展,人工智能的载体是电子器件,任何电子器件在工作时均会产生热量,而热量的堆积最终将会影响电子产品的工作效率。因此,解决电子产品的散热问题是科技进步的关键因素之一。石墨烯的出现给现代科学技术发展带来了无限可能,优异的导热性能以及卓越的物理化学性质使其在散热材料领域发挥巨大的作用。石墨烯受到各领域的广泛研究,因此制备方法较多,其中,氧化还原法实验操作简便、成本低、安全且高效,是目前制备石墨烯较为流行的方法之一。本文先将石墨粉通过改进的Hummers法氧化,再通过机械振动剥离氧化石墨制得氧化石墨烯水溶液,最后,通过电泳沉积法制备得到还原氧化石墨烯/铜复合热界面材料;研究了电泳沉积时悬浮液浓度和酸碱度、沉积电压、沉积温度和沉积时间对复合材料成膜性的影响;探究了烧结时的最佳温度、施加的压力、温度上升速度以及保温时间等因素对复合材料微观结构和传热性能的影响。通过场发射扫描电子显微镜对还原氧化石墨烯/铜的表面形貌进行观察与分析;使用Hotdisk热常数分析仪对复合材料的热导率进行了测试;使用动态机械分析仪对材料的拉升强度进行测试,材料的热膨胀系数由热机械分析仪测得,得到的实验结论如下:(1)电泳沉积时,沉积电压、时间、温度对复合材料成膜性影响较大,溶液浓度和酸碱度影响次之,确定了最佳工艺参数,即最佳沉积浓度为2mg/m L,沉积电压为25V,沉积时间为30s,最佳温度在30℃左右,整体溶液酸碱度呈中性。(2)通过烧结处理,复合材料的热导率由未烧结时的415 W·m-1·K-1提高到了568W·m-1·K-1,烧结参数确定为:在30MPa压力下,低温阶段温升速率为5℃/min,先加热到500℃,保温60min,高温阶段采用10℃/min的速率快速加热,最终加热到900℃时停止加热,保温60min,然后随炉冷却。(3)电泳沉积过程中,氧化石墨烯本还原,沉积在铜基体表面,同时电离出的铜粒子与石墨烯结合,分布在石墨烯片层间,增强复合材料的强度;通过烧结复合材料更加致密,热导率升高,热膨胀系数下降。(4)还原氧化石墨烯/铜复合材料增强了环氧树脂基材料的导热性能,由0.18W·m-1·K-1提升到0.61W·m-1·K-1,提高了238.9%;多层石墨烯的增强效果更为明显,提高了450%;热导率随粘度的增大呈先增大后减小变化。
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