本發(fā)明涉及一種碳原子為主要成分的高導(dǎo)復(fù)合材料，尤其涉及一種通過對(duì)碳材料表面作特殊處理并將合金通過物理氣相沉積法鍍層于碳材料表面制得的超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有智能電子終端市場(chǎng)的散熱材料或者EMI/ESD的防護(hù)材料中使用最多的是合成石墨材料(導(dǎo)熱率為：1000～1700W/m.K)。由于石墨表面分子結(jié)構(gòu)通過范德華力結(jié)合的緣故，在實(shí)際貼裝使用中遇到三大問題：1)表面易掉碳粉，有引起電路短路的風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際使用過程中一般兩面復(fù)合膠帶并通過包邊工藝來(lái)避免其短路的風(fēng)險(xiǎn)，膠帶的使用大大影響了合成石墨本身的導(dǎo)熱性能，實(shí)際使用的產(chǎn)品導(dǎo)熱率相比合成石墨本身會(huì)下降300～500W/m.K不等(視復(fù)合膠帶的厚度以及材質(zhì)而定)。2)導(dǎo)電性能的抑制，石墨本身為電的良導(dǎo)體，由于表面易掉粉的原因需要通過復(fù)合膠帶來(lái)進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)的同時(shí)抑制了其良好的導(dǎo)電性能，使用中變成了一種絕緣材料，智能終端制造商需要在散熱材料的基礎(chǔ)上再增加導(dǎo)電接地材料來(lái)解決電路中的EMI/ESD的防護(hù)問題。3)厚度空間的局限性，合成石墨在實(shí)際使用過程中厚度極限30um，隨著電子終端的集成度越來(lái)越大，設(shè)計(jì)越來(lái)越薄，有限散熱空間隨之減少，如何制備一種具有高性能、高導(dǎo)熱率的散熱材料，改善用戶體驗(yàn)，提高芯片運(yùn)算速度，提高安全性成為了設(shè)計(jì)者急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的制作方法，結(jié)合物理氣相沉積法(PVD)將合金原子或分子(合金包括但不限于鎳、鉻及其合金物質(zhì))轉(zhuǎn)移到高溫合成石墨基材表面，表面物質(zhì)相互結(jié)合后，形成一定厚度的保護(hù)層，增加產(chǎn)品導(dǎo)熱率的同時(shí)解決受外力沖擊時(shí)石墨表面結(jié)合力不足，碳分子容易剝落的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種制備超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

(1)將聚酰亞胺在800-3000℃下逐漸升溫進(jìn)行燒制去除材料中的雜質(zhì)，制備得到高純度定向單晶體結(jié)構(gòu)底層石墨載體；

(2)從3000℃降溫至850℃以下過程中，將步驟(1)中所得石墨載體與一種膨化材料進(jìn)行摩擦，在體相石墨的表面產(chǎn)生絮片狀的晶體,所述絮片狀晶體中含有單層石墨烯結(jié)構(gòu)，這種石墨烯結(jié)構(gòu)在物質(zhì)穩(wěn)定性上更好。

(3)通過物理氣相沉積法將金屬鍍層于步驟(2)所得材料表面。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)得到的石墨載體厚度為10-70μm。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)在惰性氣體環(huán)境下制備得到石墨載體。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中石墨載體的制備在高溫電加熱爐體內(nèi)進(jìn)行。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，所述膨化材料為熱解石墨。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，所述金屬為鎳、鉻的合金。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中的金屬鍍層厚度為0.5-5μm。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種根據(jù)上述方法制得的超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料。

本發(fā)明的有益效果在于：(1)提供了一種超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料及其制備方法，通過對(duì)合成石墨在原子化過程中的特殊處理使其表面活性化使其形成與金屬良好的結(jié)合性，通過PVD工藝將石墨表面形成極薄的保護(hù)層，且維持其表面的導(dǎo)電性能在達(dá)到散熱性能目的的同時(shí)可以將此材料直接作為接地材料/EMI防護(hù)材料使用，大大減小了材料設(shè)計(jì)空間；(2)本發(fā)明的超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的導(dǎo)熱率同比合成石墨要高100～500W/m.K，并無(wú)需復(fù)合任何保護(hù)類膠帶，在實(shí)際使用過程導(dǎo)熱率不會(huì)受影響；(3)本發(fā)明的制備方法適合大量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例所得石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)圖；

圖2本發(fā)明實(shí)施例中模擬試驗(yàn)測(cè)溫裝置示意圖；

圖3本發(fā)明實(shí)施例中模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

本發(fā)明提供一種超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將聚酰亞胺在800-3000℃下逐漸升溫進(jìn)行燒制去除材料中的雜質(zhì)，制備得到高純度定向單晶體結(jié)構(gòu)底層石墨載體；

2)從3000℃降溫至850℃過程中，將步驟(1)中所得石墨載體與一種膨化材料進(jìn)行摩擦，在體相石墨的表面產(chǎn)生絮片狀的晶體，這些絮片狀晶體中含有單層石墨烯結(jié)構(gòu)；

3)通過物理氣相沉積法將金屬鍍層于步驟(2)所得材料表面。

所得超薄石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)見圖1所示，材料包含三層結(jié)構(gòu)，即金屬鍍層1、活性石墨烯層2和定向性人工石墨基材層3。

實(shí)施例1

CCDNG-20石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的制備

基于上述制備方法，得到10μm厚度的底層石墨載體后，將其與熱解石墨進(jìn)行摩擦，在體相石墨表面產(chǎn)生含有單層石墨烯結(jié)構(gòu)的絮片狀的晶體，最后將鎳、鉻的合金鍍層于材料表面，鍍層厚度為3μm。所得CCDNG-20石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為2200～2300W/m.K。

實(shí)施例2

CCDNG-30石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的制備

基于上述方法，得到20μm厚度的底層石墨載體后，將其與熱解石墨進(jìn)行摩擦，在體相石墨表面產(chǎn)生含有單層石墨烯結(jié)構(gòu)的絮片狀的晶體，最后將鎳、鉻的合金鍍層于材料表面，鍍層厚度為3μm。所得CCDNG-30石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為1900～2100W/m.K。

實(shí)施例3

如圖2所示，分別利用沒有散熱材料、使用銅作為散熱材料、使用人工石墨作為散熱材料以及使用實(shí)施例1所得示石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料作為散熱材料的PCB板進(jìn)行測(cè)溫試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如下所述：

1、在90x90x1.2mm的PCB板4上裝22x22x1.2mm的熱源6，熱功耗為:2.5W，使熱源穩(wěn)定工作在85℃。

2、距離熱源1mm的高度上方放置10x10x1mm的支撐塑膠板5；

3、使用Fluke測(cè)溫儀(型號(hào)為TI125)垂直拍照高度約300mm，F(xiàn)luke鏡頭與拍攝物體平面水平，如圖2所示。

得到試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，無(wú)散熱材料的PCB板上方測(cè)得的溫度最高93.8℃，其次是使用銅作為散熱材料的PCB板上方測(cè)得的溫度為55.6℃，再次是使用人工石墨作為散熱材料的PCB板上方測(cè)得的溫度為43.5℃，最后是使用石墨烯高導(dǎo)復(fù)合材料作為散熱材料的PCB板上方測(cè)得的溫度為41.0℃?？芍└邔?dǎo)復(fù)合材料作為散熱材料具有良好的散熱性。