一種三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于散熱材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種質(zhì)量輕、散熱效率高的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大規(guī)模集成電路和封裝技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品也向薄、輕、小方向發(fā)展，使得電子產(chǎn)品表面溫度也在不斷升高，而元器件也迫切需要一個相對低溫的環(huán)境才能可靠運(yùn)行，否則會降低電子元件的壽命，因此電子產(chǎn)品的散熱成為一個很突出的問題。
[0003]目前市場部分產(chǎn)品通過金屬類進(jìn)行導(dǎo)熱散熱，尤其是銅和鋁，雖然銅的導(dǎo)熱系數(shù)為(398W/mK)，但是重量大，易氧化等限制了其的應(yīng)用，而鋁的導(dǎo)熱系數(shù)并不高(237W/mK)，很難滿足現(xiàn)有產(chǎn)品對導(dǎo)熱散熱的需求。目前已經(jīng)使用的天然石墨材料和人工合成的石墨材料制成的散熱膜對電子產(chǎn)品的散熱有了一定的改善，但石墨散熱膜主要是通過把石墨處理后直接壓延的方法以及高分子炭化、石墨化等方法制成的，表面是石墨的散熱材料其抗拉強(qiáng)度不高，易碎且顆粒粉塵多，不方便安裝和使用。
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。它是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 ff/m.K，高于碳納米管和金剛石，因而石墨烯材料在散熱材料領(lǐng)域成為備受矚目的一顆新星。然而石墨烯的導(dǎo)熱效果存在各向異性，它只在二維平面上的散熱效果較佳，在縱向上的導(dǎo)熱性能卻急劇打折，而現(xiàn)有的石墨烯散熱膜均沒有解決這個問題?？梢姮F(xiàn)有的石墨烯散熱膜由于材料本身平面導(dǎo)熱的限制和石墨烯散熱膜制備工藝的限制，其難以滿足電子設(shè)備的高功率散熱要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有的散熱膜存在的質(zhì)量重、散熱效率低、散熱方向受限等缺點(diǎn)，而提供一種散熱效率高的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜及其制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目地，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案。
[0006]一種三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜，主要由表層的石墨烯散熱膜、中間層的帶微孔的鋁箔構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。
[0007]進(jìn)一步地，所述墨烯散熱膜的厚度為Ο.?μπι?5μπι，所述鋁箔的厚度為ΙΟμπι?200μm，所述微孔的孔徑為50nm?300nmo
[0008]優(yōu)選地，所述石墨烯散熱膜的厚度為1.3μπι，所述鋁箔的厚度為50μπι，所述微孔的孔徑為200nm?300nmo
[0009]—種三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜的制備方法，包括以下步驟:步驟一，制備孔徑為50nm?300nm帶微孔的招箔;步驟二，配制濃度為lmg/mL?3mg/mL的氧化石墨稀溶液;步驟三，將所述步驟一制得的帶微孔的鋁箔浸入步驟二配制的氧化石墨烯溶液中，浸泡0.5h?48h，使所述帶微孔的鋁箔兩側(cè)均吸附有一層氧化石墨烯凝膠，取出干燥;步驟四，將所述步驟三處理后的鋁箔浸入pH為5?7的I3BS緩沖液中，調(diào)節(jié)電極電勢為-1V?-5V反應(yīng)5min?5h，得到所需的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜。
[0010]作為本發(fā)明改進(jìn)的技術(shù)方案，所述步驟一為(I)依次采用丙酮、乙醇和高純水超聲清洗鋁箔Imin?5min，除去鋁箔表面的污漬；(2)把經(jīng)步驟(I)清洗后的鋁箔放入磷酸與草酸的質(zhì)量百分比為1:10?10:1的混合電解液中，在50V?100V的電壓下陽極氧化I?5min，其中所述磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?8%; (3)將步驟(2)制得的鋁箔用高純水清洗干凈后，放入600C?70°C的0.lmol/L?0.5mol/L的鉻酸和0.01mol/L?0.05moVL的磷酸混合液中浸泡Imin?5min，除去表面的氧化招層;(4)將步驟(3)制得的招箔用高純水清洗干凈，在與步驟(2)相同的混合電解液和陽極氧化電壓條件下，陽極氧化1min?5h，然后將鋁箔翻面，繼續(xù)在與步驟(2)相同的混合電解液和陽極氧化電壓條件下，陽極氧化1min?5h; (5)將步驟
(4)制得的鋁箔用高純水清洗干凈后，放入與步驟(3)相同的混合液中浸泡1min?5h，除去微孔中的氧化鋁層;(6)將步驟(5)制得的鋁箔用高純水清洗干凈，然后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0011]優(yōu)選地，所述步驟一為(I)依次采用丙酮、乙醇和高純水超聲清洗鋁箔3min，除去鋁箔表面的污漬；(2)把經(jīng)步驟(I)清洗后的鋁箔放入磷酸與草酸的質(zhì)量百分比為1:1的混合電解液中，在80V的電壓下陽極氧化3min，其中所述磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%; (3)將步驟(2)制得的鋁箔用高純水清洗干凈后，放入65°C的0.2mol/L的鉻酸和0.02moVL的磷酸混合液中浸泡3min，除去表面的氧化鋁層;(4)將步驟(3)制得的鋁箔用高純水清洗干凈，在與步驟(2)相同的混合電解液和陽極氧化電壓條件下，陽極氧化3h，然后將鋁箔翻面，繼續(xù)在與步驟(2)相同的混合電解液和陽極氧化電壓條件下，陽極氧化3h;(5)將步驟(4)制得的鋁箔用高純水清洗干凈后，放入與步驟(3)相同的混合液中浸泡3h，除去微孔中的氧化鋁層;(6)將步驟(5)制得的鋁箔用高純水清洗干凈，然后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0012]作為本發(fā)明另一改進(jìn)的技術(shù)方案，所述步驟二為采用Hummer’s法制備氧化石墨稀粉末，然后將所述氧化石墨烯粉末分散在水中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%?1%的十二烷基苯磺酸鈉，超聲分散2h?5h，得到超聲剝離的氧化石墨烯溶液，所述氧化石墨烯溶液的濃度為lmg/mL?3mg/mL。
[00?3]優(yōu)選地，所述步驟二為采用Hummer，s法制備氧化石墨稀粉末，然后將所述氧化石墨烯粉末分散在水中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的十二烷基苯磺酸鈉，超聲分散3h，得到超聲剝離的氧化石墨烯溶液，所述氧化石墨烯溶液的濃度為2mg/mL。
[0014]作為本發(fā)明另一改進(jìn)的技術(shù)方案，所述步驟三為將所述步驟一制得的帶微孔的鋁箔浸入所述步驟二配制的氧化石墨烯溶液中，浸泡6h，使所述帶微孔的鋁箔兩側(cè)均吸附有一層氧化石墨烯凝膠，取出晾干。
[0015]作為本發(fā)明另一改進(jìn)的技術(shù)方案，所述步驟四為將步驟三處理后的鋁箔浸入濃度為pH為7的PBS緩沖液中，調(diào)節(jié)電極電勢為-3V反應(yīng)lh，得到所需的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜。
[0016]有益效果本發(fā)明制備的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜，其將石墨烯的平面散熱方式和鋁的縱向散熱模式相結(jié)合，使得該散熱膜具有兩層平面散熱結(jié)構(gòu)，具備更好的散熱效果。由于石墨烯和鋁箔均很薄，且鋁箔還被腐蝕出大量的微孔，因而該散熱膜整體質(zhì)量非常小。此外，鋁箔表面覆蓋的石墨烯薄膜可有效預(yù)防鋁箔的氧化，從而使鋁箔的散熱性能得以充分發(fā)揮。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為實(shí)施例2中制得的帶微孔的鋁箔的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜，主要由表層的石墨烯散熱膜(I，3)、中間層的帶微孔21的鋁箔2構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。
[°02°]該三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜的制備方法如下:步驟一，制備孔徑為50nm?300nm帶微孔的招箔；步驟二，配制濃度為lmg/mL?3mg/mL的氧化石墨稀溶液;步驟三，將所述步驟一制得的帶微孔的招箔浸入步驟二配制的氧化石墨稀溶液中，浸泡0.5h?48h，使所述帶微孔的鋁箔兩側(cè)均吸附有一層氧化石墨烯凝膠，取出干燥;步驟四，將所述步驟三處理后的鋁箔浸入濃度為pH為5?7的緩沖液中，調(diào)節(jié)電極電勢為-1V?-5V反應(yīng)5min?5h，得到所需的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜。
[0021]實(shí)施例1
制備帶微孔的鋁箔:(1)依次采用丙酮、乙醇和高純水超聲清洗厚度為200μπι鋁箔lmin，除去鋁箔表面的污漬；(2)把經(jīng)步驟(I)清洗后的鋁箔放入磷酸與草酸的質(zhì)量百分比為10:1的混合電解液中，在100V的電壓下陽極氧化5min，其中所述磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%; (3)將步驟(2)制得的鋁箔用高純水清洗干凈后，放入70 °C的0.5mol/L的鉻酸和0.05mol/L的磷酸混合液中浸泡5min，除去表面的氧化鋁層；(4)將步驟(3)制得的鋁箔用高純水清洗干凈，在與步驟(2)相同的混合電解液和陽極氧化電壓條件下，陽極氧化5h，然后將鋁箔翻面，繼續(xù)在與步驟(2)相同的混合電解液和陽極氧化電壓條件下，陽極氧化5h; (5)將步驟(4)制得的鋁箔用高純水清洗干凈后，放入與步驟(3)相同的混合液中浸泡5h，除去微孔中的氧化鋁層；
(6)將步驟(5)制得的鋁箔用高純水清洗干凈，然后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0022]配制氧化石墨烯溶液:采用Hummer’s法制備氧化石墨烯粉末，然后將所述氧化石墨烯粉末分散在水中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的十二烷基苯磺酸鈉，超聲分散5h，得到超聲剝離的氧化石墨稀溶液，所述氧化石墨稀溶液的濃度為3mg/ mL。
[0023]步驟三為將所述步驟一制得的帶微孔的鋁箔浸入所述步驟二配制的氧化石墨烯溶液中，浸泡48h，使所述帶微孔的鋁箔兩側(cè)均吸附有一層氧化石墨烯凝膠，取出晾干。
[0024]所述步驟四為將步驟三處理后的鋁箔浸入濃度為pH為7的PBS緩沖液中，調(diào)節(jié)電極電勢為-5V反應(yīng)5h，得到所需的三明治結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)散熱膜。
[0025]制得的表層石墨稀散熱膜的厚