碳基电子芯片散热膜的设计与优化开题报告

1. 研究目的与意义

随着微电子集成与组装技术的飞速发展以及高功率密度器件的集成使用，逻辑电路及其电子元器件的体积极大地缩小，电子仪器及设备向集成化、小型化和高密度化发展。同时随着电子元器件集成程度和功率密度的不断提高，电子器件的工作频率急剧地提高，其发热量和耗散功率密度变的越来越大，其工作环境的温度也向高温方向迅速变化，从而引起电子元器件寿命的极大缩短。因此，散热问题变得极其重要，对热管理技术的要求也更为严格，而在热管理技术中导热材料起到十分重要的作用常用的导热材料多数是金属和塑料，还有部分无机非金属材料。伴随着工业生产和科学技术的发展，导热材料面临着新的性能要求。在化工生产领域，既需要所用材料具有良好的导热能力，又要求其耐高温和耐化学腐蚀。在电气电子领域，随着集成和组装技术的飞速发展，电子元件和逻辑电路的体积极大地缩小，需要材料具有更好的散热能力。

2004 年石墨烯的发现立刻引起了全球科技界的高度关注,掀起了从碳纳米管问世以来对于碳族材料的又一个研究高潮,人们迅速开展了针对石墨烯的制备、性能表征、甚至应用的研究工作。石墨烯是一种以杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

从石墨烯问世到目前,主要研究工作集中在石墨烯电学性能的研究,特别是集中在用石墨烯制备超级电容器方面。相比之下,人们对于石墨烯热学性能的研究还比较少。然而,鉴于石墨烯具有极高的热导率和负的热膨胀系数,以及作为热界面材料的工程应用价值,对其热学性能的研究正逐渐成为研究的一个重要分支。以石墨烯热学性能如热导率到热膨胀系数为研究对象,全面总结国际上的发展现状。内容涉及单层石墨烯、多层石墨烯和石墨烯泡沫。

2. 研究内容和预期目标

石墨膜材料具有高导热系数高，晶面热膨胀系数小，热阻低，重量轻等特点，吸引了材料研究学者广泛的兴趣。本文希望借助于近年石墨烯(膜)的研究成果，制备出一种不同于热解石墨膜和膨胀石墨膜的新型石墨膜，期望制出的石墨膜具有导热高、工艺简单、可大面积制备、成本低等特性。

本文通过借鉴国内外研究人员在石墨烯理论研究和实验研究方面的大量成果，将采用涂覆一一还原法制备石墨烯膜。该方法具有原料可规模制备、工艺简单、成膜面积大、成本较低等特点。主要内容包括:采用改进的hummers法制备氧化石墨烯，并分别通过涂覆法在基板上制备氧化石墨烯膜，再借助化学还原剂还原氧化石墨烯膜，从而实现大面积制备厚度可控的石墨膜技术，此外还研究高温热处理对石墨膜导热性能的影响。

本文的具体研究内容如下:

3. 研究的方法与步骤

本文将分五个方面对石墨烯进行研究测试处理。

第一，分析国内外石墨烯膜的研究历程与结果，对比不同材质工艺性质的材料，筛选出最为符合本文研究的材料。

第二，对材料进行全方位的分析，包括从材料的表征和材料的性能如电阻率、热扩散系数、抗拉强度等方面进行测量。

4. 参考文献

[1] novoselov k. graphene: mind the gap[j]. nature materials, 2007, 6: 720-721.

[2] dreyer d r.park s, bielawski c w, ruoff r s. the chemistry of graphene oxide[j]. chemical society reviews, 2010, 39: 228-240.

[3] park s, ruoff r s. chemical methods for the production of graphenes[j]. nature nanotechnology, 2009, 4:217-224.

5. 计划与进度安排

（1）2021.2.25-2021.3.15 文献调研，图书馆查阅资料，完成开题报告，完成外文资料的翻译；

（2）2021.3.16-2021.4.15实验系统研究碳基电子芯片散热膜的设计与优化；

（3）2021.4.16-2021.4.30 总结并整理实验数据，进行优化实验；