Carbon:石墨烯中间层增强金刚石-铜复合材料的界面热传导

电子器件小型化对导热性能提出更高的要求，金刚石的热导率高且热膨胀系数低，与铜合成的金刚石-铜复合材料具有优异的导热性质，这种复合材料特别适用于作高速运算或高功率半导体芯片的衬底及导热材料。金刚石和铜之间的润湿性差和声失配导致界面热导率低，这成为提高其复合材料热导率的主要障碍。

上海交通大学熊定邦等人采用原位生长的石墨烯做为金刚石和铜的中间层，结果表明其比通常采用的表面金属化和基体合金化的方法具有更好的效果。由于金刚石和铜之间的湿润角度和声失配得到改善，使金刚石/石墨烯/铜复合材料的界面热导率提高了大约3.7倍。时域热反射测量结果也证实了石墨烯中间层起到了积极作用，该复合材料比没有石墨烯中间层的金刚石/铜复合材料导热率高61%。相关研究成果以“Graphene interlayer for enhanced interface thermal conductance in metal matrix composites: An approach beyond surface metallization and matrix alloying”为题发表在《Carbon》上。

金刚石/石墨烯/铜复合材料的制备工艺示意图

实验步骤：

（1） 将球形铜粉退火并在723K下在5％H2 / Ar气氛下还原。将30g退火的Cu粉末加入到250mL 0.08-0.25wt％PMMA-苯甲醚溶液中并搅拌12小时。将混合物以4000rpm离心7分钟。将PMMA涂覆的Cu粉末在真空烘箱中343K下干燥12小时以除去残留的溶剂。

（2） 将干燥的PMMA / Cu粉末在5％H2 / Ar气氛下的管式炉中以10K / min的加热速率快速加热至1173K。并在此温度下保持1小时。

（3）  快速冷却至室温获得Gr / Cu复合粉末。

（4）  将50％的金刚石颗粒和制备好的Gr / Cu复合粉末混合，然后在装入石墨模具（Ø12.7mm）中。将粉末在15K / min的加热速率下在真空中加热至1223K，并在50MPa的压力下烧结2小时。

DOI：10.1016/j.carbon.2019.05.004

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