三维互连石墨烯相变复合散热膜及其制备方法

本发明涉及被动散热材料，尤其涉及三维互连石墨烯相变复合散热膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代电子技术的飞速发展，电子器件在各种工业领域内的作用越来越明显，当各种电子设备变得更加精密的同时，电子器件向高集成化、轻量化、高功率化发展已成为一种必然趋势。但随着电子器件集成度不断增大的同时，其特征尺寸也在不断变小，这就导致整个系统的功率密度迅速增加，整个系统的温度迅速升高。据统计，在所有导致电子器件失效的原因中，有55％左右是因为温度过高导致器件失效。因此，如何有效处理这些热量使电子器件工作在其最佳工作温度至关重要。

2、被动散热具有着安装简单、成本低、不需要额外的能源和空间等优点被广泛的使用，但由于其散热性能较差，因此主要使用在低热流密度电子器件中。石墨烯作为一种新型材料，因其具有超高的热导率(约为5000w·m-1·k-1)、密度低、表面发射率高等优点，满足现代航空航天工业和便携式电子器件散热的需求，被认为是一个很有前景的散热材料。当其作为被动散热器使用时，虽然在低热流密度电子器件中具有较好的散热性能，但面临高热流密度电子器件时，还需进一步提高石墨烯散热性能以满足其散热需求。

3、相变材料是重要的储能材料，蓄热密度大且相变时温度差异小、成本低等优点，被认为是有效的被动散热解决方案。但相变材料同时有着热导率低、换热效率低的缺点，比如石蜡的导热系数仅为0.2w·m-1·k-1。为更好的发挥相变材料的优势，需要将其与高导热材料进行复合以发挥相变材料优点，提高散热效率。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了三维互连石墨烯相变复合散热膜及其制备方法。在金属基底表面通过等离子体增强化学气相沉积技术生长一层三维互连石墨烯，利用石墨烯纳米片的互连结构，使得热量可以快速均匀的分散到整个表面，并且由于其三维多孔结构可以有效提高比表面积，提高对流换热性能。在此基础上，通过将相变材料与石墨烯纳米片相结合，制得三维互连石墨烯相变复合散热膜，改善相变材料导热系数低的缺点，利用相变材料在发生相变时可以吸收大量热量特点，有效提高三维互连石墨烯相变复合散热膜散热性能。

2、为实现上述发明目标，本发明提供了以下方案:

3、三维互连石墨烯相变复合散热膜及其制备方法，所述三维互连石墨烯相变复合散热膜包括三维互连石墨烯和相变材料。

4、优选的，所述的三维互连石墨烯为纳米尺寸石墨烯纳米片垂直排列，并且横向之间相互连接构成，纳米微孔的尺寸为100nm～400nm之间，具有大比表面特点。

5、优选的，所述相变材料是一种无机物，且具有易吸水的特点。

6、优选的，所述相变材料可以填充在三维互连石墨烯的微孔内及表面。

7、优选的，所述相变材料可以是氯化锂、氯化钙、溴化锂中的一种或多种。

8、优选的，所述的三维互连石墨烯相变复合散热膜厚度为10～30μm。

9、优选的，所述的垂直互连多孔石墨烯是通过等离子体增强化学气相沉积技术制备，真空度在30pa内，温度在400～600℃，等离子体功率为400～800w，生长气体可以为氢气、氩气、氮气、甲烷、甲醇蒸气、乙醇蒸气中的一种或多种。

10、优选的，所述相变材料是溶于水或酒精中，浓度为0.1～2m。

11、优选的，所述相变材料通过超声浸泡方法填充到三维互连石墨烯的微孔内及表面，超声时间为1～5min。

12、优选的，所述相变材料填充后，需要真空干燥，干燥温度为100～150℃，干燥时间10～30min。

13、与现有技术相比，本发明具有如下优势：

14、1.通过等离子体增强化学气相沉积技术制备出的三维互连石墨烯，工艺简单，成本低，并且具有大的比表面积特点，其三维互连结构使温度在石墨烯表面分布更加均匀。

15、2.通过超声浸泡法制备得到的三维互连石墨烯相变复合散热膜，制备工艺简单，相变材料分布均匀，低温时吸水速率快，在高温时由于水的蒸发相变可以带走大量热量，有效提高散热效率。

技术特征：

1.三维互连石墨烯相变复合散热膜及其制备方法，所述三维互连石墨烯相变复合散热膜包括三维互连石墨烯和相变材料。

2.根据权利要求1所述的三维互连石墨烯为纳米尺寸石墨烯纳米片垂直排列，并且横向之间相互连接构成，纳米微孔的尺寸为100nm～400nm之间，具有大比表面特点。

3.根据权利要求1所述相变材料是一种无机物，且具有易吸水的特点。

4.根据权利要求3所述相变材料可以填充在三维互连石墨烯的微孔内及表面。

5.根据权利要求3所述所述相变材料可以是氯化锂、氯化钙、溴化锂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述三维互连石墨烯相变复合散热膜厚度为10～30μm。

7.根据权利要求2所述三维互连石墨烯是通过等离子体增强化学气相沉积技术制备。

8.根据权利要求3所述相变材料通过超声浸泡方法填充到三维互连石墨烯的微孔内及表面。

9.根据权利要求3所述相变材料填充后，需要真空干燥，干燥温度为100～150℃，干燥时间10～30min。

技术总结本发明公开了一种三维互连石墨烯相变复合散热膜及其制备方法。三维互连石墨烯相变复合散热膜包括三维互连石墨烯和填充于三维互连石墨烯微孔内及表面的易吸水的相变材料。本发明通过使用高热导率的三维互连多孔石墨烯为骨架，在三维互连石墨烯骨架上通过超声浸泡法将相变材料填充到三维互连石墨烯孔隙内及表面。一方面，三维互连石墨烯骨架可以有效提高比表面积，提高相变材料吸水能力，同时改善相变材料导热性能差的缺点。另一方面，利用相变材料在低温时吸水高温时水分蒸发相变特性，进一步提高三维互连石墨烯散热能力。本发明具有操作简单、成本低、密度小的优点。技术研发人员：赵强,郑翔受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29