金属-石墨烯@铜复合物电泳沉积制备及其导热性能研究

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随着科技的发展,电子电力设备朝着高功率、高集成化发展。散热越来越成为业界关注的重要问题。常见的金属铜散热已经越来越难以满足高功率、高集成电子电力设备的要求。石墨烯具有优异的导热性能。将高导热材料石墨烯涂覆于金属铜基体表面是提高基体铜散热的一种简便方法。本文通过电泳沉积的方法,以无水乙醇为电泳沉积液,以T2紫铜为基体,分别加入硝酸镁、硝酸铜和硝酸银,采用阴极电泳沉积的方法制备金属-石墨烯@铜复合导热材料。研究硝酸盐浓度对石墨烯分散液稳定性的影响。研究硝酸盐浓度及沉积电压对金属-石墨烯@铜复合导热材料结构与导热性能的影响。综合比较了Mg-石墨烯@铜、Cu-石墨烯@铜和Ag-石墨烯@铜三种复合导热材料的热扩散系数。其研究结果如下:(1)Mg-石墨烯@Cu的电泳沉积及复合物的结构与导热性能在石墨烯-乙醇中加入硝酸镁,分散液10小时内保持稳定。Mg-石墨烯复合物的沉积量随硝酸镁浓度的增加而增加。沉积电压超过30V,Mg-石墨烯的沉积量基本不随硝酸镁的浓度而改变。在石墨烯-乙醇分散液中加入的硝酸镁浓度达到5 mM时,Mg-石墨烯呈“花状”结构。25℃时,硝酸镁浓度分别为1 mM时,Mg-Gn@Cu复合导热材料的热扩散系数最大为1.1791 cm~2s-1。100℃时,同样当硝酸镁浓度分别为1 mM时浓度下,Mg-Gn@Cu复合导热材料的热扩散系数最大为1.0603 cm~2s-1。(2)Cu-石墨烯@Cu的电泳沉积及复合物的结构与导热性能石墨烯-乙醇分散液中加入硝酸铜后静置5小时,石墨烯-乙醇分散液稍微出现沉降。Cu-石墨烯的沉积量随着硝酸铜浓度的增加而增加。低硝酸铜浓度下,Cu-石墨烯的沉积量随沉积电压增加较小,高硝酸铜浓度较时,Cu-石墨烯的沉积量随沉积电压增加较大。25℃时,在硝酸铜浓度分别为10 mM浓度时,电泳沉积得到的Cu-Gn@Cu复合导热材料导热性能最好,热扩散系数为1.3157 cm~2s-1。25℃时,在硝酸铜浓度分别为10 mM浓度时,电泳沉积得到的Cu-Gn@Cu复合导热材料导热性能最好,热扩散系数为1.1054 cm~2s-1。(3)Ag-石墨烯@Cu的电泳沉积及复合物的结构与导热性能在石墨烯-乙醇分散液中加入硝酸银后,石墨烯-乙醇分散液在10小时内保持稳定。当硝酸银浓度为1 mM时,Ag-石墨烯的沉积量在不同沉积电压下基本相同。沉积电压较小时,沉积量变化不大。沉积电压较高时,沉积量随着浓度增加较大。25℃时,硝酸银浓度为5mM浓度时,电泳沉积得到的Ag-Gn@Cu复合物的热扩散系数分别为1.3731 cm~2s-1。100℃时,硝酸银浓度为5 mM浓度时,Ag-Gn@Cu复合物的热扩散系数分别为1.1195 cm~2s-1。
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