氧化石墨烯制备石墨膜及其导热性能研究

摘要

随着微电子集成与组装技术的飞速发展以及高功率密度器件的集成使用，电子器件的功率密度和发热量逐渐增大，散热已成为电子行业面临的关键问题。石墨膜材料具有面向热导率高，晶面热膨胀系数小，热阻低，重量轻等优点，受到科学家的广泛关注。特别是近年发展的石墨烯材料，更是有望应用于电子产品的散热领域。本文以氧化石墨烯为原料，采用涂覆法制备高导热石墨膜材料，主要对涂覆法制备石墨膜的成膜工艺进行探究，并研究高温热处理对石墨膜导热性能的影响，最后还对石墨膜导热性进行了实际应用测试和分析。
　　首先，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，再通过涂覆法将其涂覆成膜，研究了涂覆法制备石墨膜的工艺条件。研究发现，基板、氧化石墨烯溶液的浓度、涂覆厚度以及干燥程度等对石墨膜的成膜性和热扩散系数有很大的影响。（1）采用涂覆法制备石墨膜时应选用乙基板等表面比较光滑的基板；（2）氧化石墨烯溶液的浓度应控制在20-35mg/mL，此浓度范围内的氧化石墨烯溶液既容易与基板粘合又易涂覆均匀；（3）还原剂的浓度应选用40mg/L；（4）还原时间应选择4h；（5）缓慢升温所得的石墨膜的完整性和导热性比较好。
　　其次，通过对化学还原的石墨膜进行不同温度下的热处理来研究高温热处理对石墨膜微观结构、导热和导电性能的影响。研究发现：高温热处理会使石墨膜表面形成大量气泡式凸起，在微观结构上致使石墨片层间间距加大形成膨胀结构，同时石墨膜内的含氧基团在高温下进一步被还原，热扩散系数加大，电阻率减小。
　　最后，用模拟芯片测试了石墨膜的散热效果，并将石墨膜贴于某品牌手机中实际测试了石墨膜的降温效果。在采用陶瓷加热装置的薄膜散热测量方案中，50mm的方形薄膜所带来的散热降大约为5℃；在实际的手机散热测试中，利用特定的程序和红外分析仪测量石墨膜的散热效果，结果在热像仪相同的测量条件下获得散热降为3℃。从两次方案的设计分析中，可以推断出，所制得的石墨膜材料在应用层次上是有效可行的。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的意义

1.2 石墨导热膜的实际应用

1.3 石墨材料的导热机制

1.4 国内外研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 实验材料、方法及设备

2.1 引言

2.2 主要原料及化学试剂

2.3 主要检测仪器与设备

2.4 材料的表征

2.5 材料的性能测试

第3章 石墨膜成膜工艺探索

3.1 引言

3.2 石墨膜的制备

3.3 结果与讨论

3.4 材料结构与成分分析

3.5 本章小结

第4章 热处理对石墨膜的影响

4.1 引言

4.2 实验

4.3 SEM

4.4 XRD

4.5 拉曼光谱分析

4.6 热重分析

4.7 热扩散系数

4.8 电阻率和方阻

4.9 本章小结

第5章 石墨膜的实际应用测试与分析

5.1 引言

5.2 陶瓷加热体散热实验

5.3 手机实际散热实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢