一种石墨烯金属基板复合散热器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯金属基板复合散热器及其制备方法，属于电子电路散热技术领域,尤其可应用于5G基站的散热。主要包括金属导热基板和石墨烯/硅异质复合层；石墨烯/硅异质复合层附着于金属导热基板表面；石墨烯/硅异质复合层是将石墨烯微片与硅颗粒的混合水溶液经超声处理后涂覆于金属导热基板表面，再添加电场极化处理后烘干制得。与金属散热器或纯石墨烯散热器相比，本发明专利技术的复合散热器可以快速将热源热量辐射到空气中；尤其能更加有效将内部的热量通过异质结的光电转换效应转为电能从金属基板导走，从而快速降低温度，更好的散发热量，维持电子设备稳定运行，这有利于减小散热鳍片的高度和数量，减轻散热器的重量，减小加工难度，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯金属基板复合散热器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于石墨烯金属基板复合的散热器及其制备方法，属于电子电路散热
,尤其可以应用于5G基站的散热。

技术介绍

[0002]随着社会进一步发展，各种电子设备的信息处理模块集成度将进一步增加，单位体积内的热量密度增加，如何将这些热量及时导出维持电路的正常工作就显得尤为重要。特别是5G科技迅速普及，5G基站的联网布置及其散热需求日渐增大，急需解决高功率基站通讯天线及其控制电路模块等在集成空间环境中的散热问题。目前，从成本、热容量、硬度、质量等角度考虑，常用金属导热块实现目标热源的降温。但是这类金属散热器具有诸多的缺点：体积、质量等都比较大，且为了达到良好的散热效果，形状设计和加工难度大。
[0003]石墨烯作为新材料的代表，拥有高达5300W/(m
·
K)的热导率，有着优秀的导热性能，因此往往将石墨烯用于导热材料制备，但是关于导热大部分都集中在热界面材料的传热，关于石墨烯通过中远红外辐射特性将热量导到空气中的报道较少，且没有考虑厚层石墨烯膜的远红外辐射逐层再吸收再辐射过程。此外石墨烯的带隙宽度为零，因此可以有效吸收中远红外光转换为光生载流子，如果光生电子和空穴不能被有效分开，那么会再复合发射中远红外光，这样在多次转换过程中石墨烯与其他材料界面处的热量很难直接被辐射到空气中，这样使得厚层石墨烯的导热性能大大下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种石墨烯金属基板复合散热器及其制备方法，该方法将金属导热基板与具有光生载流子分离能力的石墨烯/半导体异质复合膜相结合，通过在石墨烯膜中均匀嵌套半导体硅颗粒，形成高质量的石墨烯/硅半导体异质结。导热过程中石墨烯/硅异质结构吸收金属导热基板上的热量，转换为光生载流子，部分通过石墨烯的良好导电性能传导到基站外壳，其余复合的光生载流子通过红外热辐射的方式传递到下一层石墨烯/硅异质结构中，这样通过逐级吸收热量转换为光生载流子部分导走，部分以中远红外辐射方式散发到空气中的方式提升散热效果。
[0005]本专利技术的一种基于石墨烯金属基板复合的散热器，主要包括金属导热基板和石墨烯/硅异质复合层；所述的石墨烯/硅异质复合层附着于金属导热基板表面；所述的石墨烯/硅异质复合层是将石墨烯微片与硅颗粒的混合水溶液经超声处理后涂覆于金属导热基板表面，再添加电场极化处理后烘干制得。所述的金属导热基板使用导热性能好的金属材料，其材质为铝、铜、铁、银、镍等中的一种或几种的合金。
[0006]上述技术方案中，进一步的，所述的石墨烯/硅异质复合层厚度为0.5
‑
200微米。
[0007]进一步的，所述的金属导热基板上还可以具有散热鳍片，所述的散热鳍片可以设置有多排，相邻散热鳍片间距优选为1
‑
5cm。
[0008]进一步的，所述的石墨烯微片与硅颗粒按照质量比为1:1
‑
50:1的比例混合，并用
极化溶剂配置为混合液，极化溶剂为水溶剂；
[0009]进一步的，所述的硅颗粒直径为0.1
‑
10微米。
[0010]制备上述的石墨烯金属基板复合散热器的方法，包括以下步骤：1)根据热源设计金属导热基板的种类、形状与尺寸；2)将石墨烯微片与硅颗粒按比例混合于水中，超声分散均匀后得到混合液；3)将所述混合液涂覆在得到的金属导热基板表面；4)将3)得到的样品在金属导热基板和混合液之间添加电场处理，并烘干得到石墨烯金属基板复合散热器。所述电场处理即在金属导热基板和石墨烯混合液之间添加电场来极化水分子以阻止石墨烯微片的层间团聚，并利用极化电场驱动硅颗粒在石墨烯层间均匀嵌套。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：与传统的金属散热器相比，本专利技术的基于石墨烯金属基板复合的散热器，一方面，导热性更加良好，石墨烯的热导率远高于其他材料：另一方面，其比表面积高达2630m2/g，其不仅具有优异的导热功能，而且可以迅速将热量通过红外热辐射的形式散发到空气中去，从而实现高效散热。由于石墨烯是一种超薄的柔性薄膜材料，将其与金属基板结合可以散发更多的热量：金属基板导出更多的热量到石墨烯，石墨烯将热量通过红外热辐射的形式散发到空气中去。此外，在外加电场极化的水溶剂中石墨烯微片可以防止团聚，进一步加快水分子蒸发与石墨烯膜的有序堆叠，在金属基板表面形成高质量石墨烯膜加快辐射散热。进一步通过在石墨烯膜中添加硅颗粒，由于石墨烯与硅存在费米能级差异，且水有极化特性，在极化电场下水分子的氧原子指向硅原子，氢离子指向石墨烯，从而利用水与石墨烯/硅的相互作用形成石墨烯/硅的阵列化排布，这样的排布是能量最小化的结果，随着水分子的蒸发从而形成高质量的石墨烯/硅异质结阵列薄膜。导热过程中石墨烯/硅异质结构吸收热量转换为光生载流子，部分通过石墨烯的良好导电性能传导到基站外壳，其余复合的光生载流子通过红外热辐射的方式传递到下一层石墨烯/硅异质结构中，这样通过逐级吸收热量转换为光生载流子部分导走，部分以中远红外辐射方式散发到空气中，尤其对于厚层石墨烯(微米级及以上)可以有效改善其内部热量散发方式，提升散热效果。此外，采用本专利技术的散热器可以减小散热鳍片的高度、数量，甚至不设置散热鳍片同样可以达到很好的散热效果，这有利于进一步降低器件或设备的体积、重量、加工难度。
附图说明
[0012]图1为本专利技术中石墨烯金属基板复合散热器的结构示意图；图2为硅颗粒与石墨烯微片在电场极化下的层层堆积示意图；图3为硅和石墨烯在极化水作用下的原理示意图；图4为硅/石墨烯异质结增强导热的原理示意图；图5为硅/石墨烯异质结能带结构示意图；图6为金属基板、纯石墨烯金属复合基板、电场极化成形石墨烯金属复合基板、添加硅颗粒石墨烯金属复合基板的散热器给5G基站的散热效果温度；图7为纯石墨烯膜和电场极化成形石墨烯硅复合膜相同温度条件下的红外辐射波谱强度对比；
图8为纯石墨烯膜和电场极化成形石墨烯/硅复合膜的侧面SEM显微图像。
具体实施方式
[0013]下面结合附图具体实施对本专利技术的进一步说明
[0014]参照图1，为本专利技术石墨烯金属基板复合散热器的一种具体实例，该例中自下而上结构主要包括金属导热基板(1)和上侧的石墨烯/硅异质复合层(2)；所述的金属导热基板具有多排的散热鳍片(3)，在其他实例中，金属导热基板也可以不具有散热鳍片，本实例中石墨烯/硅异质复合层附着于金属导热基板表面覆盖各散热鳍片。石墨烯/硅异质复合层是将石墨烯微片与硅颗粒的混合水溶液经超声处理后涂覆于金属导热基板(1)散热鳍片表面，再在金属导热基板和混合水溶液之间添加电场极化处理后烘干制得。其中石墨烯微片通过极化水溶剂分散均匀，进一步在其中添加有硅颗粒，通过超声使其在石墨烯层间均匀排布，涂覆于金属基板表面，本专利技术中涂覆的方式可以是喷涂、旋涂、滴涂等任一种，只要使得混合水溶液能覆盖于金属导热基板表面即可；在金属导热基板和混合水溶液之间添加电场从而极化水分子，阻止石墨烯微片的层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯金属基板复合散热器，其特征在于，包括金属导热基板(1)和石墨烯/硅异质复合层(2)；所述的石墨烯/硅异质复合层(2)附着于金属导热基板(1)表面；所述的石墨烯/硅异质复合层(2)是将石墨烯微片与硅颗粒的混合水溶液经超声处理后涂覆于金属导热基板(1)表面，再在金属导热基板与混合水溶液之间添加电场极化处理后烘干制得。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属基板复合散热器，其特征在于，所述的金属导热基板(1)的材质为铝、铜、铁、银、镍中的一种或几种的合金。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属基板复合散热器，其特征在于，所述的石墨烯/硅异质复合层(2)的厚度为0.5
‑
200微米。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属基板复合散热器，其特征在于，所述的金属导...

【专利技术属性】
技术研发人员：林时胜，陆阳华，林建胜，王梦龙，
申请(专利权)人：杭州量春科技有限公司，
类型：发明
国别省市：