：本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料熱管理領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
0、技術(shù)背景：
1、高導(dǎo)熱石墨膜是一種由聚酰亞胺(pi)作為原料，通過(guò)高溫?zé)崽幚砗褪に囍苽涞墓δ苄圆牧?，其?dǎo)熱系數(shù)高達(dá)600-1200w/(m﹒k)，同時(shí)，散熱石墨膜比重輕，且具有良好的柔韌性，便于與不同形狀的電子元器件集成，在智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等電子設(shè)備散熱領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但由于石墨層間結(jié)合不強(qiáng)，在使用過(guò)程中偶爾有微小的石墨粉末脫落，造成電子設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。在石墨表面金屬化可有效的防止石墨粉末脫落。現(xiàn)有技術(shù)在石墨表面覆蓋膠層后直接貼銅箔，膠層的存在使得整個(gè)材料熱導(dǎo)率不高?，F(xiàn)有技術(shù)將石墨復(fù)合材料表面化學(xué)鍍金屬鍍層。該方法界面潔凈因而復(fù)合材料熱導(dǎo)率高，但在與器件組裝的過(guò)程當(dāng)中，特別是某些場(chǎng)合石墨受力彎曲時(shí)，金屬鍍層容易脫落。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
0、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
1、本發(fā)明提供一種有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，旨在同時(shí)解決現(xiàn)有技術(shù)方案中石墨和銅界面結(jié)合強(qiáng)度低、面內(nèi)熱導(dǎo)率不足的問(wèn)題和不易彎折引起石墨膜中石墨碎屑容易脫落或開裂的問(wèn)題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為片狀石墨膜上下面引入苯硫酚分子，銅沉積在帶有苯硫酚分子的片狀石墨膜上，苯硫酚分子中的巰基與銅形成硫-銅鍵，形成銅-片狀石墨膜-銅復(fù)合材料，也稱有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料。
3、所述有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
4、s1，將片狀石墨膜表面處理；
5、s2，取4-氨基苯硫酚溶于鄰二氯苯中，放入片狀石墨膜，倒入三頸燒瓶中，通過(guò)真空泵抽除三頸燒瓶中的空氣然后通入氮?dú)猓摬僮餮h(huán)三次，使得實(shí)
6、驗(yàn)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，磁力攪拌10min得到混合液；
7、s3，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將亞硝酸異戊酯加入到步驟s2得到的混合液中，磁力攪
8、拌均勻后，40-60℃，保溫反應(yīng)20-24h；
9、s4，取出s3中的片狀石墨膜，用n,n-二甲基甲酰胺(簡(jiǎn)寫為：dmf)和無(wú)
10、水乙醇洗滌，50-100℃真空干燥4-6h；
11、s5，對(duì)干燥后的片狀石墨膜電鍍銅1-15min后得到有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料。
12、進(jìn)一步的，所述片狀石墨膜厚度為10-300μm，密度為1.7-2.3g/cm3。
13、進(jìn)一步的，步驟s1中片狀石墨膜表面處理具體為：將片狀石墨膜乙醇浸泡攪拌10min，去離子水洗滌，干燥，等離子體表面處理，等離子體表面處理工藝參數(shù)為：等離子體功率10w-300w，處理氣氛為空氣，氣體流量為100-800sccm，處理時(shí)間為10s-200min。
14、進(jìn)一步的，步驟s2中鄰二氯苯含量為200ml，4-氨基苯硫酚和片狀石墨膜的質(zhì)量比為2-10：1。
15、進(jìn)一步的，步驟s3中亞硝酸異戊酯和4-氨基苯硫酚的物質(zhì)的量比為1.8-2.5：1。
16、進(jìn)一步的，步驟s5中電鍍液五水合硫酸銅、酒石酸鉀鈉、檸檬酸三鈉和硝酸鉀濃度比為8：24：4：3，電鍍采用恒流模式，電流密度1-8a/dm2。
17、本發(fā)明的原理是：4-氨基苯硫酚與重氮化試劑亞硝酸異戊酯發(fā)生重氮反應(yīng)。在重氮反應(yīng)過(guò)程中，4-氨基苯硫酚的氨基(-nh2)會(huì)被轉(zhuǎn)化為重氮基(-n2+)，形成一個(gè)重氮鹽中間體-苯硫酚。苯硫酚分子中含有苯環(huán)，苯環(huán)上的碳原子采用sp2雜化方式，形成平面π共軛體系。這個(gè)π共軛體系使得苯環(huán)上的π電子可以在整個(gè)共軛體系內(nèi)離域，提供了大量的電子載流子。而石墨膜也是由sp2雜化的碳原子組成，具有平面π共軛性質(zhì)，其離域π鍵貫穿整個(gè)晶體，使得石墨膜具有良好的導(dǎo)電性。當(dāng)苯硫酚與石墨膜接觸時(shí)，苯硫酚分子中的π電子體系可以與石墨膜上的π電子體系發(fā)生相互作用，通過(guò)π-π共軛效應(yīng)形成連接。它們可以通過(guò)π-π堆疊形成緊密有序的堆積結(jié)構(gòu)，相鄰分子間π軌道的重疊進(jìn)一步增加了電荷傳輸性能。這種反應(yīng)通常是通過(guò)共價(jià)鍵的形成來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即重氮鹽中的正電荷部分與石墨膜上官能團(tuán)的負(fù)電荷部分或孤對(duì)電子發(fā)生相互作用，從而將4-氨基苯硫酚連接到石墨膜上。
18、由于苯硫酚的巰基(-sh)具有特殊的化學(xué)性質(zhì)，它可以在金屬表面形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，因此這種共軛連接方式在化學(xué)和材料科學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件和石墨膜的性質(zhì)，可以進(jìn)一步優(yōu)化這種共軛連接的效果和穩(wěn)定性。
19、在電流的作用下，銅離子會(huì)向石墨膜表面遷移，并在其表面發(fā)生還原反應(yīng)，形成銅原子，苯硫酚的硫具有一定的親銅性，可以與銅原子發(fā)生相互作用。這種相互作用可能包括硫與銅之間的配位或化學(xué)鍵合，使得苯硫酚分子在電鍍過(guò)程中被錨定在銅鍍層上。隨著電鍍過(guò)程的進(jìn)行，銅離子不斷在石墨膜表面還原成銅原子，并與苯硫酚分子緊密結(jié)合，最終形成苯硫酚連接銅的結(jié)構(gòu)。
20、有益效果：
21、本發(fā)明通過(guò)等離子活化對(duì)石墨膜表面進(jìn)行粗糙化，同時(shí)引入活性位點(diǎn)，重氮組分4-氨基苯硫酚與重氮試劑亞硝酸異戊酯發(fā)生重氮化反應(yīng)，同時(shí)通過(guò)物理和化學(xué)吸附在片狀石墨膜上引入苯硫酚分子，接著通過(guò)電鍍的方式將銅沉積在石墨膜上，形成銅-石墨膜-銅復(fù)合材料，利用活性位點(diǎn)在石墨膜與銅界面之間引入苯硫酚共軛分子。苯硫酚共軛分子與石墨形成共軛π鍵，巰基會(huì)與銅形成硫-銅鍵。這種雙向鏈接的結(jié)構(gòu)有助于增強(qiáng)石墨膜和銅基之間的界面結(jié)合。同時(shí)，共軛苯硫酚分子在石墨膜與銅界面形成了有分子連接的電子運(yùn)動(dòng)，從而有效提高了復(fù)合材料中電子遷移率，電子傳熱貢獻(xiàn)更明顯使得復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)更高。具體為：
22、1、等離子體對(duì)石墨表面粗化，粗化的溝壑和銅層形成機(jī)械咬合提高了界面結(jié)合。
23、2、苯硫酚的引入從微觀界面設(shè)計(jì)的角度進(jìn)一步增強(qiáng)石墨-銅的界面結(jié)合力。
24、3、苯硫酚中的共軛分子與石墨形成共軛π鍵，有效提高了復(fù)合材料中電子遷移率，電子傳熱貢獻(xiàn)更明顯使得復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)更高。
1.一種有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為片狀石墨膜上下面引入苯硫酚分子，銅沉積在帶有苯硫酚分子的片狀石墨膜上，苯硫酚分子中的巰基與銅形成硫-銅鍵，形成銅-片狀石墨膜-銅復(fù)合材料，也稱有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料。
2.一種有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.如權(quán)利要求2所述有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述片狀石墨膜厚度為10-300μm，密度為1.7-2.3g/cm3。
4.如權(quán)利要求2所述有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中片狀石墨膜表面處理具體為：將片狀石墨膜乙醇浸泡攪拌10min，去離子水洗滌，干燥，等離子體表面處理，等離子體表面處理工藝參數(shù)為：等離子體功率10w-300w，處理氣氛為空氣，氣體流量為100-800sccm，處理時(shí)間為10s-200min。
5.如權(quán)利要求2所述有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中鄰二氯苯含量為200ml，4-氨基苯硫酚和片狀石墨膜的質(zhì)量比為2-10：1。
6.如權(quán)利要求2所述有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中亞硝酸異戊酯和4-氨基苯硫酚的物質(zhì)的量比為1.8-2.5：1。
7.如權(quán)利要求2所述有機(jī)分子橋接石墨銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s5中電鍍液五水合硫酸銅、酒石酸鉀鈉、檸檬酸三鈉和硝酸鉀濃度比為8：24：4：3，電鍍采用恒流模式，電流密度1-8a/dm2。