CN104610925A - 一种石墨烯和液态金属复合式散热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，该方法通过在石墨烯表面覆盖一层液态金属后置于热源和散热器之间，以降低热源和散热器之间的接触热阻。所述液态金属为镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金或铋基合金中的一种。本发明的复合式散热方法，利用液态金属熔点较低的特性，使用时，液态金属熔化，与热源和散热器界面紧密贴合，显著降低了热源和散热器之间的接触热阻；可广泛用于航天热控、先进能源、信息电子等导热散热领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其利用液态金属熔点较低的特性。使用时，液态金属熔化，与热源和散热器界面紧密贴合，显著降低了热源和散热器之间的接触热阻；可广泛用于航天热控、先进能源、信息电子等导热散热领域。
背景技术
导热石墨是一种全新的导热散热材料，可沿两个方均匀导热，屏蔽热源与组件的同时改进消费电子产品的性能。石墨的化学成分主要是单一的碳元素，是一种自然元素矿物。薄膜高分子化合物可以通过化学方法高温高压下得到石墨化薄膜，因为碳元素是非金属元素，但是却有金属材料的导电、导热性能，还具有象有机塑料一样的可塑性。因此，导热石墨在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都得到了广泛的应用。
从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，即为石墨烯。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。虽然，石墨烯的导热系数高于金属，但是作为热界面材料进行传热时，石墨烯仍存在以下两点不足：（1）石墨烯为固体，与热源和散热器的接触方式为固体和固体的硬接触，使得电子元件之间的界面接触不够紧密，接触热阻较大；（2）石墨烯在横向的传热速率很高，但是纵向的传热速率却很低，因此，限制了石墨烯的使用范围。
为解决上述问题，本发明提出一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，该方法利用液态金属熔点较低和热导率较高的特性。使用时，随着热源温度升高，液态金属熔化，与热源和散热器界面紧密贴合，显著降低热源和散热器之间的接触热阻。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其利用液态金属熔点较低和热导率较高的特性，使用时，液态金属熔化，与热源和散热器界面紧密贴合，显著降低了热源和散热器之间的接触热阻。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，该方法通过在石墨烯表面覆盖一层液态金属后置于热源和散热器之间，以降低热源和散热器之间的接触热阻。
所述石墨烯和液态金属复合是通过对石墨烯表面采用改性技术后覆上一层液态金属，使液态金属和石墨烯之间的亲和性更强。
所述采用的改性技术为化学热处理技术、表面涂层技术或非金属涂层技术中的一种。
所述化学热处理技术为渗金属技术；所述表面涂层技术低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层、物理气相沉积或化学气相沉积中的一种。
所述液态金属为镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金或铋基合金中的一种。
所述镓基二元合金为镓铟合金、镓铅合金或镓汞合金中的一种。
所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。
所述铟基合金为铟铋铜合金或铟铋锡合金中的一种。
所述铋基合金为铋锡合金。
所述铟铋锡合金中各金属的质量分数分别为铟51%、铋32.5%、锡16.5%。
使用时，将两侧覆有液态金属的石墨烯置于热源与散热器之间，并紧密固定。热源温度升高，达到液态金属熔点时，金属熔化，与热源和散热器紧密贴合。待到温度低于液态金属后，液态金属凝固，此时，覆有液态金属的石墨烯与热源和散热器形成一体，接触热阻显著降低，散热效果显著升高。
本发明的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法具有如下优点：
（1）液态金属热导率高，解决了石墨烯纵向传热速率低的问题。
（2）液态金属熔点较低，使用时液态金属熔化，能与热源和散热器紧密贴合；与单纯地用石墨烯和热源（及散热器）之间的刚性接触相比，接触热阻显著降低。
附图说明
图1为一种石墨烯和液态金属复合式散热方法中液态金属覆于石墨烯上的结构示意图。
附图标记说明：1-液态金属，2-石墨烯。
图2为一种石墨烯和液态金属复合式散热方法中用于热源和散热器之间的结构示意图。
附图标记说明：1-液态金属，2-石墨烯，3-热源，4-散热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明。
实施例1
实施例1展示了本发明中的液态金属运动发电装置的一种典型应用。图1为一种石墨烯和液态金属复合式散热方法中液态金属覆于石墨烯上的结构示意图。图2为一种石墨烯和液态金属复合式散热方法中用于热源和散热器之间的结构示意图。
其中：1为液态金属，2为石墨烯，3为热源，4为散热器。
本实例的液态金属为铟锡锌合金，各金属的质量分数分别为铟51%、铋32.5%、锡16.5%；熔点为60°C。本实施例中石墨烯和液态金属复合时，石墨烯表面改性技术采用表面喷涂技术。
使用时，将两侧覆有液态金属的石墨烯置于热源与散热器之间，并紧密固定。热源温度升高，达到液态金属熔点时，金属熔化，与热源和散热器紧密贴合。待到温度低于液态金属后，液态金属凝固，此时，覆有液态金属的石墨烯与热源和散热器形成一体，接触热阻显著降低，散热效果显著升高。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，该方法通过在石墨烯表面覆盖一层液态金属后置于热源和散热器之间，以降低热源和散热器之间的接触热阻。
2.按权利要求1所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述石墨烯和液态金属复合是对石墨烯表面采用改性技术使其覆上一层液态金属，使液态金属和石墨烯之间的亲和性更强。
3.按权利要求2所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述采用的改性技术为化学热处理技术、表面涂层技术或非金属涂层技术中的一种。
4.按权利要求3所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述化学热处理技术为渗金属技术；所述表面涂层技术低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层、物理气相沉积或化学气相沉积中的一种。
5.按权利要求1所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述液态金属为镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金或铋基合金中的一种。
6.按权利要求5所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述镓基二元合金为镓铟合金、镓铅合金或镓汞合金中的一种。
7.按权利要求5所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。
8.按权利要求5所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述铟基合金为铟铋铜合金或铟铋锡合金中的一种。
9.按权利要求5所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述铋基合金为铋锡合金。
10.按权利要求8所述的一种石墨烯和液态金属复合式散热方法，其特征在于，所述铟铋锡合金中各金属的质量分数分别为铟51%、铋32.5%、锡16.5%。
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Address after: 100040, room 368, Yuquan building, 3 Shijingshan Road, Beijing, Shijingshan District Applicant after: BEIJING TAIJIN TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 100040, room 368, Yuquan building, 3 Shijingshan Road, Beijing, Shijingshan District Applicant before: Beijing Emikon Science & Technology Development Co., Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |