一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法技术

本发明专利技术公开一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法，将氧化石墨烯分散于稀硫酸钠溶液中；以铝件为阳极在分散液中电镀，铝件上产生由铝离子和氧化石墨烯自组装形成的镀层；停止电流，立即烘干工件表面，并使氧化石墨烯还原为石墨烯；（以无纺布擦拭工件表面，将未黏附牢固的镀层除去即得到具有石墨烯散热层的铝件。本发明专利技术生成的石墨烯层较薄，基本不影响铝件表面的对流散热。电镀方法可以有效覆盖形状复杂的工件。的工件。

【技术实现步骤摘要】
一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米材料领域，更具体地，涉及石墨烯涂层，尤其是指一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法。

技术介绍

[0002]将石墨烯涂布于金属表面可改善其热发射频谱而有利于其在无空气流动条件下的散热，但由于石墨烯涂层材料的限制，其在金属上形成的厚膜（大于1 um）涂层表面粗糙度一般低于相应的裸金属表面从而减小了表面积，当存在空气流动时，石墨烯涂层表面散热能力就可能被裸金属表面追上。很多需要铝散热块的装置都具有主动和被动两种散热模式，在被动模式下，散热风扇停转，具有石墨烯涂层的散热块的散热性能明显优于裸金属散热块；在主动模式下，散热风扇带动周围空气流动散热，有石墨烯涂层的散热块的散热优势就比较小，甚至会被裸金属散热块追上。
[0003]Al（III）离子可与氧化石墨烯（中国专利CN_113480875）或石墨烯量子点（Liu J , Zhang F , Liu F , et al. Sorting Graphene Quantum Dots by Using Aluminum Ions[J]. European Journal of Inorganic Chemistry, 2017, 2017(15):2201
‑
2206.）生成复合物，在较高浓度下该复合物呈凝胶状。

技术实现思路

[0004]针对石墨烯涂层过厚影响铝表面对流散热的问题，本专利技术目的在于提供一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法。
[0005]本专利技术提供的技术方案是：一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法，包括如下步骤：（1）将氧化石墨烯分散于稀硫酸钠溶液中。
[0006]（2）以铝工件为阳极在步骤（1）所述分散液中电镀，工件上产生由铝离子和氧化石墨烯自组装形成的镀层。
[0007]（3）停止电流，立即烘干步骤（2）所得工件表面，并使氧化石墨烯还原为石墨烯。
[0008]（4）以无纺布擦拭工件表面，将未黏附牢固的镀层除去。
[0009]优选的，步骤（1）中硫酸钠浓度为1.4 g L
‑1，氧化石墨烯浓度为1 g L
‑1。
[0010]优选的，步骤（2）中以石墨板为阴极，阴极不参与电极反应。
[0011]优选的，步骤（3）中工件表面电流密度为20 mA cm
‑2，烘干温度为110
o
C。
[0012]通过电镀的方式可将氧化石墨烯均匀镀在铝表面形成厚度不足10 nm的膜层，当工件分别位于阳极或阴极时，镀层生成的机理也有所不同，镀在阳极时，可能是通过电镀反应生成的超量铝离子与石墨烯通过自组装在阳极上生成不溶解的膜层，在电流消失后膜层可重新溶解，因此必须使用别的手段，一般是加热还原的方法，将膜层完全固化。在本专利技术中，步骤（1）获得的分散液由于氧化石墨烯的存在而呈弱酸性，步骤（2）中，阳极反应为铝金属氧化溶解为铝（III）离子，在较高电流密度下其来不及扩散而聚集在阳极附近，与氧化石
墨烯结合在工件表面生成凝胶状涂层。负极发生的反应为水电解生成氢气和氢氧根，后者与溶液中的酸互相中和，若以GO代表氧化石墨烯，羧基（
‑
COOH）代表含氧基团，则总反应可简略地写为：2Al + 6 GO
‑
COOH
ꢀ→ꢀ
2（GO
‑
COO）3Al + 3 H
2 (
↑
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)由于Al（III）能与多个含氧基团产生静电或配位作用，可作为连接节点，在高浓度时就与氧化石墨烯形成凝胶状的镀层，热处理该镀层就得到石墨烯散热层。
[0013]本专利技术的优点：（1）生成的石墨烯层较薄，基本不影响铝件表面的对流散热。
[0014]（2）电镀方法可以有效覆盖形状复杂的工件。
具体实施方式
[0015]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0016]实施例1.100 mL铝罐的表面处理，按如下步骤：（1）将0.5 g市售氧化石墨烯和0.7 g硫酸钠加入500 mL纯水中，在1 L烧杯中超声搅拌均匀，得到电镀液；（2）在100 mL铝罐中灌满水使其沉于步骤（1）所述电镀液中，在烧杯四周壁上等距固定4个石墨板电极，将石墨板电极并联并接入直流电源负极，将铝罐接入直流电源正极，打开电源，调节电压使电流达到1.5 A（对应20 mAcm
‑2），之后适当调高电压维持电流值，12 min后断开电路，铝件上产生由铝离子和氧化石墨烯自组装形成的镀层；（3）立即将铝罐从电镀液中取出，倒置使有涂层的部分向上，于烘箱中110℃下烘干2 h；以无纺布擦拭铝罐表面10次除去浮于表面的石墨烯即得到具有石墨烯散热涂层的铝罐。
[0017]上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本专利技术的保护范围之中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将氧化石墨烯分散于稀硫酸钠溶液中；（2）以铝件为阳极在步骤（1）所述分散液中电镀，铝件上产生由铝离子和氧化石墨烯自组装形成的镀层；（3）停止电流，立即烘干步骤（2）所得工件表面，并使氧化石墨烯还原为石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法，其特征在于，步骤（1）中硫酸钠浓度为1.4 g L
‑1，氧化石墨烯浓度为1 g L
‑1。3.根据权利要求1所述的一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法，其特征在于，步骤（2）中以石墨板为阴极，阴极不参与电极反应。4.根据权利要求1所述的一种在铝表面形成石墨烯散热层的方法，其特征在于，步骤（3）中工件表面电流密度为20 mA cm
‑2。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，张放为，张芳，葛美英，卢玉英，王金，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：