一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料及其制备方法

1.本发明涉及一种复合流体及其制备领域，具体是一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前电子器件趋向于小型化和集成化方向发展，单位面积的热量聚集损耗严重，对于解决散热问题、热量的高效率传递以及提高各个散热指数要求成为当下热点。传统的液体很难满足当下一些设备、材料的传热要求，而纳米流体则是一种均匀、稳定、高导热的新型换热介质。
3.研究发现，混合纳米颗粒具有很高的稳定性，同时还具有其他方面的性能。如铜片颗粒和氧化物纳米颗粒的混合，以水为基液的al2o3-cu/水、tio2-ag/水、tio2
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cu/水、以及以乙二醇(eg)为基液的zno-tio2/eg、mgo-fmwcnts/eg混合纳米流体，都增强了流体的热导性。研究表明利用石墨烯纳米流体更好解决材料表面散热问题，在原有纳米流体溶液的基础上加入其他物质进一步提高纳米流体溶液的散热性能，当前研究的石墨烯-多壁碳纳米管(mwnt)混合纳米流体显著提高热导率。
4.现有研究还未做石墨烯和碳化物的复合纳米流体，现提出一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料及其制备方法，制备方法简单，制备的碳化物石墨烯纳米流体具有一定防腐蚀作用，分散性和导热性能好。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料，所述散热材料按重量份计包括以下组分：乙二醇30-50份；等离子水50-70份；纳米碳化硅粉末0.04-1份；石墨烯纳米粉末0.04-1份；缓蚀剂0.8-2份；表面活性剂0.8-2份。
8.进一步的，所述一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料，散热材料按重量份计包括以下组分：乙二醇40份；等离子水60份；纳米碳化硅粉末0.05份；石墨烯纳米粉末0.05份；钼酸钠1份；油酸1份。
9.进一步的，所述一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料，散热材料按重量份计包括以下组分：乙二醇30份；等离子水50份；纳米碳化硅粉末0.04份；石墨烯纳米粉末0.04份；钼酸钠0.8份；十二烷基苯磺酸钠0.8份。
10.进一步的，所述一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料，散热材料按重量份计包括以下组分：乙二醇50份；等离子水70份；纳米碳化硅粉末1份；石墨烯纳米粉末1份；亚硝酸盐2份；十六烷基三甲基溴化铵2份。
11.进一步的，所述缓蚀剂为亚硝酸盐、硅酸盐或钼酸钠。
12.进一步的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、油酸或十六烷基三甲基溴化铵。
13.进一步的，所述制备方法包括一下步骤：
14.步骤一：将上述的乙二醇30-50份、等离子水50-70份按份倒入清洗过的烧杯中，一边搅拌一边添加，充分搅拌得到基液。
15.步骤二：将上述纳米碳化硅粉末0.04-1份、石墨烯纳米粉末0.04-1份、缓蚀剂0.8-2份、表面活性剂0.8-2份按照顺序依次加入到基液中，纳米碳化硅粉末粒径为30-70nm，得到碳化硅石墨烯混合溶液，将碳化硅石墨烯混合溶液进行恒温磁力搅拌，转速为30-50r/min，温度控制为20-40℃，搅拌15-60min。
16.步骤三：称取8-20份的碳化硅石墨烯混合溶液、80-2000份的陶瓷球加入研磨罐中，使得碳化硅石墨烯混合溶液与陶瓷球的质量比为1:10-100，将研磨罐放入行星球中，球磨模式为先正转10-75min，再反转10-75min，待机10-60min，共进行10-60周次循环球磨，球磨时长为60-90h，能够使碳化硅石墨烯混合溶液中的溶质均匀混合、分散。
17.步骤四：将上述球磨完成得到的碳化硅石墨烯混合溶液倒入烧杯中，置于高功率超声波分散剂中，调节仪器功率为150-250w，控制其震荡模式3-8s，待机1-5s，一次分散时间为5-15min，完成每次分散后将腔室门打开10-15min，进行降温，一共进行2-5次超声波分散。
18.步骤五：将上述分散完成的碳化硅石墨烯混合溶液取出，倒入离心管中，将离心管对称放入高速离心机中，离心时间10-20min，缓慢调节转速至2000-4000r/min，离心完成后取出离心管，管内沉淀物为杂质，管内上清液为纳米流体，快速将所有离心管内的液体倒入烧杯中，得到碳化硅石墨烯纳米流体，碳化硅石墨烯纳米流体也称为复合流体。
19.步骤六：将铜片分别放入上述基液和碳化硅石墨烯纳米流体中，通过铜片表面形态判断腐蚀性能，通过铜片的蒸发时间长短判断散热性能，通过铜片热阻率情况判断导热性能。
20.本发明的有益效果：
21.1、本发明散热材料稳定性好，粒子分散性好，能够长时间不会发生沉降；
22.2、本发明散热材料在金属铜片中发挥散热性能的同时兼有防腐蚀性能，缓蚀剂的加入可以减缓金属铜片的腐蚀，碳化硅石墨烯纳米流体对金属铜片有抑制和保护作用，碳化硅石墨烯纳米流体可以改变溶液的性质和金属铜片表面的状态，使金属铜片表面形成保护膜、阻碍氧分子的扩散和降低盐的溶解度；
23.3、本发明散热材料碳化硅石墨烯纳米流体能够使散热性能、热传导性得到提升，碳化硅石墨烯纳米流体与传统介质导热的区别在于，碳化硅石墨烯纳米流体中的纳米粒子具有大的比表面积和高的比热，使其所形成的纳米粉体悬浮液具有良好的换热能力，另外，在加热过程中纳米粒子的布朗运动可引起周围基液的为对流作用，提高基液的散热性能。
24.4、本发明散热材料的制备方法简单。
附图说明
25.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
26.图1是本发明铜片在碳化硅石墨烯纳米流体和基液中腐蚀情况；
27.图2是本发明铜片在碳化硅石墨烯纳米流体和基液中表面蒸发和时间关系；
28.图3是本发明铜片在碳化硅石墨烯纳米流体和基液中热阻率对比；
29.图4是本发明铜片在基液中的相组织显微情况；
30.图5是本发明铜片在碳化硅石墨烯纳米流体中的相组织显微情况。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例一
33.一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料，散热材料按重量份计包括以下组分：乙二醇30份；等离子水50份；纳米碳化硅粉末0.04份；石墨烯纳米粉末0.04份；钼酸钠0.8份；十二烷基苯磺酸钠0.8份。
34.一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料的制备方法，制备方法包括一下步骤：
35.步骤一：将上述30份的乙二醇和50份的等离子水按份倒入清洗过的烧杯中，一边搅拌一边添加，充分搅拌得到基液。
36.步骤二：将上述纳米碳化硅粉末0.04份、石墨烯纳米粉末0.04份、钼酸钠0.8份、十二烷基苯磺酸钠0.8份按照顺序依次加入到基液中，纳米碳化硅粉末粒径为30nm，得到碳化硅石墨烯混合溶液，将碳化硅石墨烯混合溶液进行恒温磁力搅拌，转速为30r/min，温度控制为20℃，搅拌15min。
37.步骤三：称取8份的碳化硅石墨烯混合溶液、80份的陶瓷球加入研磨罐中，使得碳化硅石墨烯混合溶液与陶瓷球的质量比为1:10，将研磨罐放入行星球中，球磨模式为先正转10min，再反转10min，待机10min，共进行10周次循环球磨，球磨时长为60h，能够使碳化硅石墨烯混合溶液中的溶质均匀混合、分散。
38.步骤四：将上述球磨完成得到的碳化硅石墨烯混合溶液倒入烧杯中，置于高功率超声波分散剂中，调节仪器功率为150w，控制其震荡模式3s，待机1s，一次分散时间为5min，完成每次分散后将腔室门打开10min，进行降温，一共进行2次超声波分散。
39.步骤五：将上述分散完成的碳化硅石墨烯混合溶液取出，倒入离心管中，将离心管对称放入高速离心机中，离心时间10min，缓慢调节转速至2000r/min，离心完成后取出离心管，管内沉淀物为杂质，管内上清液为纳米流体，快速将所有离心管内的液体倒入烧杯中，得到碳化硅石墨烯纳米流体，碳化硅石墨烯纳米流体也称为复合流体。
40.步骤六：将铜片分别放入上述基液和碳化硅石墨烯纳米流体中，通过铜片进行检测对比，结合图1所示，碳化硅石墨烯纳米流体的铜片比基液中的铜片显微组织上多一些突起，这些突起是纳米流体改变了铜片表面形态，促进传质，碳化硅石墨烯纳米流体对铜片的腐蚀情况可知，碳化硅石墨烯纳米流体对铜片具有抑制、保护作用、抗腐蚀性能好，结合图2所示，铜片在碳化硅石墨烯纳米流体时间比在基液中蒸发时间少，在碳化硅石墨烯纳米流体的铜片表面散热性好，结合图3所示，铜片在碳化硅石墨烯纳米流体和基液中的热阻率对比情况，铜片在基液中的热阻率比铜片在碳化硅石墨烯纳米流体的热阻率高，碳化硅石墨烯纳米流体导热性高。
41.实施例2
42.一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料，散热材料按重量份计包括以下组分：乙二醇40份；等离子水60份；纳米碳化硅粉末0.05份；石墨烯纳米粉末0.05份；硅酸盐1份；油酸1份。
43.一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料的制备方法，制备方法包括一下步骤：
44.步骤一：将上述40份的乙二醇和60份的等离子水按份倒入清洗过的烧杯中，一边搅拌一边添加，充分搅拌得到基液。
45.步骤二：将上述纳米碳化硅粉末0.05份、石墨烯纳米粉末0.05份、硅酸盐1份、油酸1份按照顺序依次加入到基液中，得到碳化硅石墨烯混合溶液，纳米碳化硅粉末粒径为50nm，将碳化硅石墨烯混合溶液进行恒温磁力搅拌，转速为40r/min，温度控制为30℃，搅拌30min。
46.步骤三：称取10份的碳化硅石墨烯混合溶液、150份的陶瓷球加入研磨罐中，使得碳化硅石墨烯混合溶液与陶瓷球的质量比为1:15，将研磨罐放入行星球中，球磨模式为先正转45min，再反转45min，待机30min，共进行30周次循环球磨，球磨时长为75h，能够使碳化硅石墨烯混合溶液中的溶质均匀混合、分散。
47.步骤四：将上述球磨完成得到的碳化硅石墨烯混合溶液倒入烧杯中，置于高功率超声波分散剂中，调节仪器功率为200w，控制其震荡模式5s，待机2s，一次分散时间为10min，完成每次分散后将腔室门打开20min，进行降温，一共进行3次超声波分散。
48.步骤五：将上述分散完成的碳化硅石墨烯混合溶液取出，倒入离心管中，将离心管对称放入高速离心机中，离心时间15min，缓慢调节转速至3000r/min，离心完成后取出离心管，管内沉淀物为杂质，管内上清液为纳米流体，快速将所有离心管内的液体倒入烧杯中，得到碳化硅石墨烯纳米流体，碳化硅石墨烯纳米流体也称为复合流体。
49.步骤六：将铜片分别放入上述基液和碳化硅石墨烯纳米流体中，通过铜片进行检测对比，结合图1所示，碳化硅石墨烯纳米流体的铜片比基液中的铜片显微组织上多一些突起，这些突起是纳米流体改变了铜片表面形态，促进传质，碳化硅石墨烯纳米流体对铜片的腐蚀情况可知，碳化硅石墨烯纳米流体对铜片具有抑制、保护作用、抗腐蚀性能好，结合图2所示，铜片在碳化硅石墨烯纳米流体时间比在基液中蒸发时间少，在碳化硅石墨烯纳米流体的铜片表面散热性好，结合图3所示，铜片在碳化硅石墨烯纳米流体和基液中的热阻率对比情况，铜片在基液中的热阻率比铜片在碳化硅石墨烯纳米流体的热阻率高，碳化硅石墨烯纳米流体导热性高。
50.实施例三
51.一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料，散热材料按重量份计包括以下组分：乙二醇50份；等离子水70份；纳米碳化硅粉末1份；石墨烯纳米粉末1份；亚硝酸盐2份；十六烷基三甲基溴化铵2份。
52.一种碳化物石墨烯纳米流体散热材料的制备方法，制备方法包括一下步骤：
53.步骤一：将上述50份的乙二醇和70份的等离子水按份倒入清洗过的烧杯中，一边搅拌一边添加，充分搅拌得到基液。
54.步骤二：将上述纳米碳化硅粉末1份、石墨烯纳米粉末1份、亚硝酸盐2份、十六烷基三甲基溴化铵2份按照顺序依次加入到基液中，得到碳化硅石墨烯混合溶液，纳米碳化硅粉末粒径为70nm，将碳化硅石墨烯混合溶液进行恒温磁力搅拌，转速为50r/min，温度控制为
40℃，搅拌60min。
55.步骤三：称取20份的碳化硅石墨烯混合溶液、400份的陶瓷球加入研磨罐中，使得碳化硅石墨烯混合溶液与陶瓷球的质量比为1:20，将研磨罐放入行星球中，球磨模式为先正转75min，再反转75min，待机60min，共进行60周次循环球磨，球磨时长为90h，能够使碳化硅石墨烯混合溶液中的溶质均匀混合、分散。
56.步骤四：将上述球磨完成得到的碳化硅石墨烯混合溶液倒入烧杯中，置于高功率超声波分散剂中，调节仪器功率为250w，控制其震荡模式8s，待机5s，一次分散时间为15min，完成每次分散后将腔室门打开30min，进行降温，一共进行5次超声波分散。
57.步骤五：将上述分散完成的碳化硅石墨烯混合溶液取出，倒入离心管中，将离心管对称放入高速离心机中，离心时间20min，缓慢调节转速至4000r/min，离心完成后取出离心管，管内沉淀物为杂质，管内上清液为纳米流体，快速将所有离心管内的液体倒入烧杯中，得到碳化硅石墨烯纳米流体，碳化硅石墨烯纳米流体称为复合流体。
58.步骤六：将铜片分别放入上述基液和碳化硅石墨烯纳米流体中，通过铜片进行检测对比，结合图1所示，碳化硅石墨烯纳米流体的铜片比基液中的铜片显微组织上多一些突起，这些突起是纳米流体改变了铜片表面形态，促进传质，碳化硅石墨烯纳米流体对铜片的腐蚀情况可知，碳化硅石墨烯纳米流体对铜片具有抑制、保护作用、抗腐蚀性能好，结合图2所示，铜片在碳化硅石墨烯纳米流体时间比在基液中蒸发时间少，在碳化硅石墨烯纳米流体的铜片表面散热性好，结合图3所示，铜片在碳化硅石墨烯纳米流体和基液中的热阻率对比情况，铜片在基液中的热阻率比铜片在碳化硅石墨烯纳米流体的热阻率高，碳化硅石墨烯纳米流体导热性高。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
60.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。