石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管及其制备方法

摘要

本发明涉及石墨烯的技术领域，尤其涉及一种石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管及其制备方法。一种石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管，其中以发泡的碳纳米管气凝胶作为吸液芯，发泡后的碳纳米管气凝胶具有规则的微孔管道结构，微孔管道产生的毛细力加快了工作液的来回传输，外侧用石墨烯薄膜进行包覆，提高柔性热管整体的机械性能。与传统金属热管材料相比，碳纳米管以及石墨烯更加轻质，具有良好的稳定性，在酸，碱和湿度暴露下的腐蚀风险也比金属基材料好，以及远高于传统金属材料的导热性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高热传导柔性热管，尤其涉及一种石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管及其制备方法。

背景技术

如今，集成电路的功率密度可以达到1000Wm

目前，通过使用轻金属和合金、带有薄铝壳的环氧树脂浸渍碳纤维或金属/基体复合材料，已经进行了几种减轻热管重量的尝试。然而，轻金属受到腐蚀和低热导率等问题的困扰，而环氧树脂或聚合物基体的加入急剧增加了耐热性。

因此，开发一种重量轻、热性能高的热管仍然是一项紧迫的挑战。

发明内容

本发明旨在解决技术问题是：对于传统金属基热管材料重量，耐候性以及低导热率的问题，提供一种石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管及其制备方法。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管所述热管由外至内依次由外壳、吸液芯、冷却液组成，所述吸液芯为发泡后具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶，外壳为采用同样具体高热传导的石墨烯膜进行包覆，冷却液为乙醇。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述发泡后的碳纳米管气凝胶厚度为0.2~0.25mm，宽为5mm，长为100mm。

石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管的制备方法，制备方法步骤如下：

第一步、制备具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶，作为吸液芯：

a、将H

b、将CNT薄膜浸泡在a步骤制备的溶液中，然后逐渐扩展到3D气凝胶中，通过控制浸泡时间来调节气凝胶的孔径和密度；

c、将气凝胶在去离子水中洗涤几次，直至pH值达到7，然后放在烘箱中烘干，得到发泡后的碳纳米管气凝胶；

d、将发泡后的碳纳米管气凝胶一面向上放置入等离子处理机器中，对其表面进行亲水处理。

第二步、将石墨烯膜包覆碳纳米管气凝胶吸液芯：

通过Plexus MA300的防水粘合剂，将石墨烯薄膜包覆在发泡的碳纳米管气凝胶外侧；

第三步、将乙醇溶液注入到碳纳米管-石墨烯柔性热管内，抽真空密封：

将包覆有碳纳米管气凝胶的石墨烯管的一端用热熔枪密封、另一端连接一根V型管，V型管的一端连接真空系统，启动真空系统抽至-60MPa后，V型管的另一端使用精度达到0.001mg的微量泵注入乙醇工作液，最后用热熔枪密封V型塑料管。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一步的a步骤中H

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一步的b步骤中浸泡时间为1~3h。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一步的c步骤中烘箱温度为100℃，烘干时间为12h。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一步的d步骤中离子体处理机器功率为140W，处理时间为200s。

本发明的有益效果是：这种石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管由碳纳米管薄膜发泡后形成薄的碳纳米管气凝胶，在达到满足微米量级的超薄热管的同时，截面规则的微孔管道结构提供了强大的毛细作用力，加速工作液的传输，更加有利于高效的散热，外壳采用石墨烯薄膜进行包覆，在提升热管整体的机械强度的同时，作为高热导的石墨烯材料，热管的导热率也有较大提升；

与金属基材料相比，石墨烯和碳纳米管显示出突出的优势，例如重量轻、面内热导率高，石墨烯(室温下高达5000Wm

碳纳米管薄膜发泡后形成薄的碳纳米管气凝胶，在达到满足微米量级的超薄热管的同时，截面规则的微孔管道结构提供了强大的毛细作用力，加上对碳纳米管气凝胶表面进行等离子体处理后，表面接枝了更多的，例如羟基，羧基等亲水基团，加速了工作液的传输，更加有利于高效的散热，外壳采用石墨烯薄膜进行包覆，相对于金属基材料，石墨烯的比密度更低，有更加优异的比强度，复合轻量化的要求，提升了热管整体的机械强度；

即使在酸、碱、湿气环境下，石墨烯相对于金属基材料，没有被腐蚀的风险，耐候性更好。

附图说明

图1为碳纳米管薄膜发泡后具有微孔管道的碳纳米管气凝胶宏观图；

图2为碳纳米管薄膜发泡后具有微孔管道的碳纳米管气凝胶SEM图；

图3为石墨烯包覆碳纳米管气凝胶示意图；

图4为石墨烯管抽真空装置图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实例1

一种新型石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管，首先，制备具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶，作为吸液芯，然后将石墨烯膜包覆碳纳米管气凝胶吸液芯，最后将乙醇溶液注入到碳纳米管-石墨烯柔性热管内，抽真空密封，具体包括以下步骤：

第一步、制备具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶，作为吸液芯：

通过将H

将气凝胶在去离子水中洗涤几次，直至pH值达到7，然后放在烘箱100℃中烘干12h；

碳纳米管气凝胶表面的亲水处理：将发泡后的碳纳米管气凝胶一面向上放置入等离子处理机器中，对其表面进行亲水处理等离子体处理机器功率为140W，处理时间为200s；

第二步、将石墨烯膜包覆碳纳米管气凝胶吸液芯：通过Plexus MA300的防水粘合剂，将石墨烯薄膜包覆在发泡的碳纳米管气凝胶外侧；

第三步、注入工作液，抽真空密封：将包覆有碳纳米管气凝胶的石墨烯管的一端连接一根管，嵌入V型管，另一端连接到真空系统，打开阀门1，启动真空系统抽至-60MPa，之后关闭阀门1，打开阀门2，使用精度达到0.001mg的微量泵注入乙醇工作液，最后用热熔枪密封V型塑料管。

实例2

一种新型石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管，首先，制备具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶，作为吸液芯，然后将石墨烯膜包覆碳纳米管气凝胶吸液芯，最后将乙醇溶液注入到碳纳米管-石墨烯柔性热管内，抽真空密封，具体包括以下步骤：

第一步、制备具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶：

通过将H

将气凝胶在去离子水中洗涤几次，直至pH值达到7，然后放在烘箱100℃中烘干12h；

碳纳米管气凝胶表面的亲水处理：将发泡后的碳纳米管气凝胶一面向上放置入等离子处理机器中，对其表面进行亲水处理等离子体处理机器功率为140W，处理时间为200s；

第二步、将石墨烯膜包覆碳纳米管气凝胶吸液芯：通过Plexus MA300的防水粘合剂，将石墨烯薄膜包覆在发泡的碳纳米管气凝胶外侧。

第三步、注入工作液，抽真空密封：将包覆有碳纳米管气凝胶的石墨烯管的一端连接一根管，嵌入V型管，另一端连接到真空系统，打开阀门1，启动真空系统抽至-60MPa，之后关闭阀门1，打开阀门2，使用精度达到0.001mg的微量泵注入乙醇工作液，最后用热熔枪密封V型塑料管。

实例3

一种新型石墨烯包覆碳纳米管气凝胶的高热传导柔性热管，首先，制备具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶，作为吸液芯，然后将石墨烯膜包覆碳纳米管气凝胶吸液芯，最后将乙醇溶液注入到碳纳米管-石墨烯柔性热管内，抽真空密封，具体包括以下步骤：

第一步、制备具有规则微孔管道的碳纳米管气凝胶，作为吸液芯：通过将H

将气凝胶在去离子水中洗涤几次，直至pH值达到7，然后放在烘箱100℃中烘干12h；

碳纳米管气凝胶表面的亲水处理：将发泡后的碳纳米管气凝胶一面向上放置入等离子处理机器中，对其表面进行亲水处理等离子体处理机器功率为140W，处理时间为200s；

第二步、将石墨烯膜包覆碳纳米管气凝胶吸液芯：通过Plexus MA300的防水粘合剂，将石墨烯薄膜包覆在发泡的碳纳米管气凝胶外侧；

第三步、注入工作液，抽真空密封：将包覆有碳纳米管气凝胶的石墨烯管的一端用热熔枪密封、另一端连接一根V型管，V型管的一端连接真空系统，启动真空系统抽至-60MPa后，V型管的另一端使用精度达到0.001mg的微量泵注入乙醇工作液，最后用热熔枪密封V型塑料管。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。