氧化石墨烯制备石墨膜及其导热性能研究

发布时间：2017-06-01 10:16

  本文关键词：氧化石墨烯制备石墨膜及其导热性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【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/m L,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。
【关键词】：石墨膜 氧化石墨烯膜 涂覆法 热扩散系数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题背景及研究的目的意义10-11
• 1.2 石墨导热膜的实际应用11-13
• 1.3 石墨材料的导热机制13-14
• 1.4 国内外研究现状14-23
• 1.4.1 金刚石碳膜15
• 1.4.2 热解石墨膜15-17
• 1.4.3 掺杂石墨17
• 1.4.4 膨胀石墨纸（膨胀石墨膜）17-18
• 1.4.5 高导热碳泡沫18
• 1.4.6 高导热碳纤维和碳/碳复合材料18-19
• 1.4.7 石墨烯膜19-23
• 1.5 本文的主要研究内容23-24
• 第2章 实验材料、方法及设备24-28
• 2.1 引言24
• 2.2 主要原料及化学试剂24
• 2.3 主要检测仪器与设备24-25
• 2.4 材料的表征25-26
• 2.4.1 X射线衍射分析仪25
• 2.4.2 扫描电子显微镜25-26
• 2.4.3 拉曼光谱分析26
• 2.4.4 差热-热重分析26
• 2.5 材料的性能测试26-28
• 2.5.1 电阻率测量26
• 2.5.2 热扩散系数的测量26-27
• 2.5.3 抗拉强度测量27-28
• 第3章 石墨膜成膜工艺探索28-49
• 3.1 引言28
• 3.2 石墨膜的制备28-29
• 3.2.1 氧化石墨烯的制备28-29
• 3.2.2 涂覆法制备石墨膜29
• 3.3 结果与讨论29-45
• 3.3.1 基板对石墨膜成膜性的影响29-30
• 3.3.2 氧化石墨烯浓度对石墨膜成膜性的影响30-34
• 3.3.3 刷膜厚度对石墨膜的影响34-37
• 3.3.4 氧化石墨烯的干燥程度和温度对成膜性的影响37-38
• 3.3.5 还原剂的浓度对石墨膜的影响38-40
• 3.3.6 还原时间对石墨膜的影响40-41
• 3.3.7 还原温度对石墨膜的影响41-44
• 3.3.8 还原后石墨膜的干燥条件对成膜性的影响44-45
• 3.4 材料结构与成分分析45-47
• 3.4.1 石墨膜SEM分析45-46
• 3.4.2 石墨膜XRD分析46
• 3.4.3 石墨膜拉曼光谱分析46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 热处理对石墨膜的影响49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 实验49-50
• 4.3 SEM50-51
• 4.4 XRD51-52
• 4.5 拉曼光谱分析52-53
• 4.6 热重分析53
• 4.7 热扩散系数53-55
• 4.8 电阻率和方阻55-56
• 4.9 本章小结56-57
• 第5章 石墨膜的实际应用测试与分析57-63
• 5.1 引言57
• 5.2 陶瓷加热体散热实验57-61
• 5.3 手机实际散热实验61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王海旺;陈晓红;宋怀河;胡子君;李同起;;高导热石墨材料微观结构与其导热性能的关系研究[J];炭素;2008年03期

2 郭子兰;A.M.Strydom;;四探针原理新设计的低温电阻率测量装置[J];实验室研究与探索;2010年11期

3 魏兴海;刘朗;张金喜;史景利;郭全贵;;HClO_4-GIC的制备及其柔性石墨的性能[J];新型炭材料;2007年04期

4 郑华均,马淳安;光谱电化学原位测试技术的应用及进展[J];浙江工业大学学报;2003年05期

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本文编号：412363