【摘要】：大功率電子元器件的高集成度,要求器件體積越來越小,導(dǎo)致局部容易過熱給傳統(tǒng)的高熱導(dǎo)率銅散熱器帶來挑戰(zhàn);同時在海洋腐蝕環(huán)境或特殊高溫散熱環(huán)境,要求銅散熱器具有良好的抗腐蝕與抗高溫氧化能力。本文提出在銅表面構(gòu)建高導(dǎo)熱、高發(fā)射率石墨烯或含石墨烯復(fù)合涂層,以提高輻射散熱與抗腐蝕等綜合性能。本文首先采用操作簡單、高效環(huán)保的電化學(xué)剝離法制備高質(zhì)量氧化石墨烯(EGO),進而構(gòu)建出還原氧化石墨烯涂層(rEGO系)、還原氧化石墨烯系/羧甲基纖維素鈉(rEGO/CMC系)、還原氧化石墨烯系/氧化鋁/磷酸鋁(rEGO/Al_2O_3/AlPO_4)三個體系涂層,研究涂層的組織結(jié)構(gòu)對紅外輻射性能、散熱溫降性能及抗腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:電化學(xué)剝離法制備的EGO片層表面有明顯褶皺,形狀不規(guī)則;拉曼光譜顯示I_D/I_G值為0.84;XPS顯示C/O的原子比為1.17;紅外光譜顯示EGO中含有大量的環(huán)氧基和羥基在片層表面,少量羰基和羧基位于片層邊緣;表明EGO片含有比較多的缺陷且具有比較高的氧化程度。采用電化學(xué)剝離的氧化石墨烯(EGO),分別構(gòu)建并優(yōu)化出還原氧化石墨烯涂層(rEGO)、還原氧化石墨烯/羧甲基纖維素鈉(rEGO/CMC)、還原氧化石墨烯系/氧化鋁/磷酸鋁(rEGO/Al_2O_3/AlPO_4)涂層的最佳制備參數(shù):電化學(xué)沉積還原氧化石墨烯涂層的最佳工藝為沉積電壓10V、沉積時間2-11min、電解液濃度0.4-1.6mg/ml;rEGO/CMC涂層的最佳工藝配比為:rEGO:CMC=4:1、4:2、4:3、4:3,rEGO/Al_2O_3/AlPO_4的最佳工藝配比為Al_2O_3含量30wt%-40wt%、rEGO含量0.04wt%-0.16wt%。涂層與銅基體的結(jié)合力由大到小依次為rEGO/Al_2O_3/AlPO_4rEGO/CMCrEGO涂層。銅表面高發(fā)射率涂層可顯著提高輻射散熱效率:rEGO、rEGO/CMC、rEGO/Al_2O_3/AlPO_4涂層在3-20μm波段范圍內(nèi)具有較高的紅外發(fā)射率,分別為0.80、0.77、0.78;銅表面涂層因具有高發(fā)射率值,可強化輻射散熱溫降和冷卻效率,其散熱效果依次為rEGOrEGO/Al_2O_3/AlPO_4rEGO/CMC涂層。涂層可不同程度的提高抗腐蝕性能:rEGO涂層的阻抗模值與腐蝕抗力隨涂層厚度的增加而增大,腐蝕抗力高達3.27×10~4Ω·cm~2;rEGO/CMC涂層中,CMC在涂層中的含量過多,會使涂層的抗腐蝕性能下降,當(dāng)rEGO:CMC=4:1時腐蝕抗力可達到6.45×10~4Ω·cm~2;rEGO/Al_2O_3/AlPO_4涂層中,當(dāng)rEGO的含量為0.16wt%時,其在涂層中均勻分散,并形成腐蝕介質(zhì)擴散屏障層,阻止腐蝕介質(zhì)的滲入,顯著提高涂層抗腐蝕性能,腐蝕抗力可達6.39×10~4Ω·cm~2。涂層抗腐蝕性能由強到弱依次為rEGO系rEGO/CMC系rEGO/Al_2O_3/AlPO_4系。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文紅外輻射散熱機理外輻射 (即熱輻射) 的本質(zhì)是一種電磁波，凡是絕對溫度大于零輻射電磁能，并處于發(fā)射和吸收的動態(tài)過程中，物體的輻射強度的輻射能力有關(guān)，輻射的光譜分布也與物體溫度密切相關(guān)，當(dāng)物大于吸收的熱量時，該物體就會發(fā)生輻射散熱。紅外輻射散熱機材料中的粒子 (包括電子、原子、分子等) 的運動狀態(tài)和能級發(fā)外輻射電磁波的形式將熱能傳遞或發(fā)射出去從而達到散熱的效果括光子的衍射效應(yīng)、散射效應(yīng)、折射效應(yīng)、反射和吸收效應(yīng)等熱紅外輻射根據(jù)波長劃分為 3 個區(qū)域：0.75-2.5μm 范圍的波長是近電子能級之間的躍遷和分子振動；2.5-25μm 范圍的波長是中紅外子轉(zhuǎn)動能級和振動能級之間的躍遷；25-1000μm 范圍的波長是遠分子轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷[13-15]。

電子被紅外輻射中光子的激發(fā)，吸收能量后就會從低能量的能級導(dǎo)向更高能量的能級導(dǎo)帶躍遷；但這屬于不穩(wěn)定的狀態(tài)，之后電子就會從導(dǎo)帶遷回價帶，而多余的能量將以輻射熱的形式釋放到周圍環(huán)境中，自身的熱量低，起到散熱的效果[16-18]。因此，對于固體材料，可以從調(diào)整晶格振動頻率手，使材料的晶格點陣發(fā)生畸變，破壞晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，改變能帶結(jié)構(gòu)，而使得偶極矩發(fā)生變化，促進紅外輻射的發(fā)射和吸收，，有利于固體材料散熱
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN05;TG174.4

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