專利名稱：納米碳包裹銅納米粒子的制備方法及作為導(dǎo)熱填料的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳包裹銅納米粒子的制備方法，還涉及碳包裹銅納米粒子作為導(dǎo)熱填料的 應(yīng)用。
技術(shù)背景在電子產(chǎn)品封裝用的導(dǎo)熱材料中，由于作為絕緣基底材料的高分子聚合物導(dǎo)熱性能很差， 通常要填加髙熱導(dǎo)性填料，導(dǎo)熱材料的關(guān)鍵成分是填料，其作用在于導(dǎo)熱，作為導(dǎo)熱填料應(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)要求(1)高導(dǎo)熱率。(2)低的熱膨脹系數(shù)。(3)低密度。(4)高的抗腐蝕性，很多金屬是很好的熱導(dǎo)體，但其抗腐蝕性較差也限制了其在某些場(chǎng)合的使用，要求填料不易被氧化變質(zhì)，從而影響其性質(zhì)。(5)很好的形變能力。只有較好的變形能力，才 能使得導(dǎo)熱填料和襯底和散熱片更好的結(jié)合。發(fā)揮其導(dǎo)熱的性能。納米碳材料是完全具備上 述5點(diǎn)要求的綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱填料。納米碳材料熱導(dǎo)率理論值高達(dá)2000 W/rrvK，遠(yuǎn)高于 常用的無機(jī)導(dǎo)熱填料的理論值，如鋁、銅、金、鉬、剛玉粉、氮化鋁、炭化硅，其熱導(dǎo)率分 別為247、 398、 315、 142、 39、 320、 270W/m'K。而金屬導(dǎo)熱填料還有密度大，不耐酸堿， 耐腐蝕性差等缺點(diǎn)。較之傳統(tǒng)的導(dǎo)熱填料，納米碳材料體系是一種新型高導(dǎo)熱，高化學(xué)穩(wěn)定 性，熱膨脹系數(shù)小，密度低的綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱填料。它既可以改善基體介質(zhì)的熱傳導(dǎo)性 能，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的高效率傳遞，同時(shí)還可以利用其特殊納米碳層結(jié)構(gòu)特性，克服傳統(tǒng)金屬粒 子導(dǎo)熱填料的形變能力差的缺點(diǎn)，有效地解決熱接觸的問題，同時(shí)還改善了金屬的抗腐蝕性 能，降低導(dǎo)熱層重量，因而有助于克服現(xiàn)有導(dǎo)熱填料的不足而成為性能優(yōu)越的納米導(dǎo)熱材料。 對(duì)碳包銅納米粒子導(dǎo)熱填料的研究目前國內(nèi)均未見有相關(guān)報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容納米碳包裹銅納米粒子是一種納米復(fù)合導(dǎo)熱材料體系。這種碳包結(jié)構(gòu)的銅金屬納米粒子 具有不同于單純的金屬納米粒子的性能，髙分辨電鏡揭示了這些復(fù)合的納米粒子具有獨(dú)特的納米相，是由納米非晶碳包住的金屬納米粒子。本發(fā)明結(jié)合了納米碳和納米金屬的優(yōu)點(diǎn)， 通過在納米碳粒子內(nèi)部加入一定的高導(dǎo)熱性能金屬銅制備出納米碳包的金屬納米粒子作 為導(dǎo)熱填料。使碳包金屬納米粒子有比金屬好的變形能力，因此可以和電子元器件很好 的貼和，大大的增加傳熱面積。強(qiáng)化傳熱效果。再者當(dāng)無機(jī)填料的尺寸減小到納米水平，其本身的導(dǎo)熱性會(huì)因粒子內(nèi)原子間距和結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生質(zhì)的變化， 一般認(rèn)為傳熱通過 界面發(fā)生，而納米粉體顆粒小，比表面大，具有更多的界面，因而有利于傳熱。本發(fā)明所述的碳包銅納米粒子含有納米銅和納米碳；其中碳占質(zhì)量百分比為10~卯％,銅 占質(zhì)量百分比為90~10。/。,外觀在透射電鏡中觀察為納米級(jí)的碳包層包裹著銅納米粒子.碳包 層外徑分布為30~100nm,銅納米粒子外徑分布為5~50nm。碳包納米粒子制備工藝為采用 直流碳弧法，直流碳弧法中的陰極用純石墨棒，將質(zhì)量百分比為90~10。/。的純銅粉末與質(zhì)量 百分比為l(^90n/。純石墨粉末混合制成陽極復(fù)合棒，真空反應(yīng)室通入Ar氣,反應(yīng)電壓20 30V, 電流6(K200A， Ar氣壓10^0kPa，維持在該壓強(qiáng)下放電，放電后收集反應(yīng)生成的產(chǎn)物得到 碳包銅納米粒子。使用上述碳包銅納米粒子作為導(dǎo)熱填料均勻分散在硅油中，上述碳包銅納米粒子作為導(dǎo) 熱填料的重量百分比是1~3%。本發(fā)明的有益效果是使用碳包銅納米粒子填料均勻分散在硅油中，可以明顯地提高系統(tǒng) 的導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料重量百分比1~3%，硅油的導(dǎo)熱系數(shù)可提髙40~95%.碳包金屬納米粒子具有高效的散熱功能，用納米碳包的銅納米粒子既可以金屬納米粒子 實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的高效率傳遞，也可以改善金屬納米粒子的形變能力，抗腐蝕性和絕緣性能，同 時(shí)還可降低重量，并且由于它有效地解決熱接觸的問題，其效果高于銅納米粒子導(dǎo)熱填料。 可以應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的散熱封裝上。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:稱取含銅10%比例的純銅粉與純石墨粉混合制成陽極復(fù)合棒，陰極用純石墨棒，將兩電 極裝入反應(yīng)室中，采用直流碳弧法，通入高純Ar氣，反應(yīng)電壓20V，電流60A, Ar氣壓lO kPa，在電弧放電下反應(yīng)得到深黑色蓬松的碳包銅納米粒子。碳包銅納米粒子的形貌和粒徑由 透射電子顯微鏡觀測(cè)，其外徑為20~50nm.使用碳包銅納米粒子填料均勻分散在硅油中，可 以明顯地提髙系統(tǒng)的導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料重量百分比達(dá)到1%,硅油的導(dǎo)熱系數(shù)可提高40%.實(shí)施例2:稱取含銅30。/。比例的純銅粉與純石墨粉混合制成陽極復(fù)合棒，陰極用純石墨棒，將兩電 極裝入反應(yīng)室中，采用直流碳弧法，通入高純Ar氣，反應(yīng)電壓23V,電流120A， Ar氣壓 30 kPa，在電弧放電下反應(yīng)得到深黑色蓬松的碳包銅納米粒子。碳包銅納米粒子的形貌和粒徑由透射電子顯微鏡觀測(cè)，其外徑為35~60nm.使用碳包銅納米粒子填料均勻分散在硅油中， 可以明顯地提髙系統(tǒng)的導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料重量百分比達(dá)到2%，硅油的導(dǎo)熱系數(shù)可提高60%.實(shí)施例3:稱取含銅50%比例的純銅粉與純石墨粉混合制成陽極復(fù)合棒，陰極用純石墨棒，將兩電 極裝入反應(yīng)室中，采用直流碳弧法，通入高純Ar氣，反應(yīng)電壓25V，電流150A， Ar氣壓 50 kPa，在電弧放電下反應(yīng)得到深黑色蓬松的碳包銅納米粒子。碳包銅納米粒子的形貌和粒 徑由透射電子顯微鏡觀測(cè)，其外徑為40~80nm.使用碳包銅納米粒子填料均勻分散在硅油中， 可以明顯地提高系統(tǒng)的導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料重量百分比達(dá)到3%，硅油的導(dǎo)熱系數(shù)可提高809L實(shí)施例4:稱取含銅70%比例的純銅粉與純石墨粉混合制成陽極復(fù)合棒，陰極用純石墨棒，將兩電 極裝入反應(yīng)室中，采用直流碳弧法，通入高純Ar氣，反應(yīng)電壓28V，電流180A， Ar氣壓 70 kPa，在電弧放電下反應(yīng)得到深黑色蓬松的碳包銅納米粒子。碳包銅納米粒子的形貌和粒 徑由透射電子顯微鏡觀測(cè)，其外徑為45 卯nm.使用碳包銅納米粒子填料均勻分散在硅油中， 可以明顯地提高系統(tǒng)的導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料重量百分比達(dá)到2%，硅油的導(dǎo)熱系數(shù)可提高75%.實(shí)施例5:稱取含銅70%比例的純銅粉與純石墨粉混合制成陽極復(fù)合棒，陰極用純石墨棒，將兩電 極裝入反應(yīng)室中，采用直流碳弧法，通入高純Ar氣，反應(yīng)電壓30V，電流200A， Ar氣壓 70 kPa，在電弧放電下反應(yīng)得到深黑色蓬松的碳包銅納米粒子。碳包銅納米粒子的形貌和粒 徑由透射電子顯微鏡觀測(cè)，其外徑為50~100nm.使用碳包銅納米粒子填料均勻分散在硅油 中，可以明顯地提高系統(tǒng)的導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料重量百分比達(dá)到3%，硅油的導(dǎo)熱系數(shù)可提高 95%.
權(quán)利要求
1.一種納米碳包裹銅納米粒子的制備方法，其特征在于所述納米碳包裹銅納米粒子的制備采用直流碳弧法，直流碳弧法中的陰極用純石墨棒，將質(zhì)量百分比為90～10％的純銅粉末與質(zhì)量百分比為10～90％純石墨粉末混合制成陽極復(fù)合棒，真空反應(yīng)室通入Ar氣，反應(yīng)電壓20～30V，電流60～200A，Ar氣壓10～90kPa，維持在該壓強(qiáng)下放電，放電后收集反應(yīng)生成的產(chǎn)物得到納米碳包裹銅納米粒子。
2 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:上述碳包層外徑為30 100nm， 銅納米粒子外徑為5-50nm。
3. —種納米碳包裹銅納米粒子作為導(dǎo)熱填料的應(yīng)用，其特征在于使用上述 納米碳包裹銅納米粒子作為導(dǎo)熱填料均勻分散在硅油中，上述納米碳包裹銅納 米粒子作為導(dǎo)熱填料的重量百分比是1~3%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米碳包裹銅納米粒子的制備方法及作為導(dǎo)熱填料的應(yīng)用，本發(fā)明的制備方法是將質(zhì)量百分比為90～10％的純銅粉末與質(zhì)量百分比為10～90％純石墨粉末混合制成陽極復(fù)合棒，真空反應(yīng)室通入Ar氣，反應(yīng)電壓20～30V，電流60～200A，Ar氣壓10～90kPa，維持在該壓強(qiáng)下放電，放電后收集反應(yīng)生成的產(chǎn)物得到碳包銅納米粒子；納米碳包裹銅納米粒子的應(yīng)用是作為導(dǎo)熱填料均勻分散在硅油中；碳包金屬納米粒子具有高效的散熱功能，用納米碳包的銅納米粒子既可以金屬納米粒子實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的高效率傳遞，也可以改善金屬納米粒子的形變能力，抗腐蝕性和絕緣性能，同時(shí)還可降低重量，并且由于它有效地解決熱接觸的問題，可以應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的散熱封裝上。
文檔編號(hào)B22F9/14GK101318220SQ200810028259
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者張海燕, 進(jìn) 陳, 陳易明 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)