一种快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术

技术领域

本发明关于一种金属-纳米粒子复合材料的制备技术，尤其是一种能够 快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术。

背景技术

为了提升散热效率，可以将热导率良好的导热填料填充于金属基材的微 孔中，以形成现有导热复合材，以通过该导热填料所形成的导热通路来传递 热量，举例而言，铜、氮化铝、氧化铝、碳化硅、石墨、碳纤维等材质均可 以用以形成该导热填料。

然而，前述的导热填料在填充至该金属基材的微孔中的时候，多半通过 对该导热填料加热、加压，使该导热填料可以流动而填充至该金属基材的微 孔中，然而，该导热填料的流动方向不易控制，使该导热填料难以均匀填充， 因而影响该现有导热复合材的散热效率。有鉴于此，现有的导热复合材仍有 加以改善的必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种快速散热的金属-纳米粒子 复合材料的制备技术，用以制备一金属-纳米粒子复合材料，且该金属-纳米 粒子复合材料包含均匀填充于金属基材的纳米粒子。

本发明的一种快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术，包括： 于一金属基材上形成多个纳米孔洞，该多个纳米孔洞为周期性排列；及利用 磁力旋转法，将多个导磁性纳米粒子填充于该多个纳米孔洞中；其中，该多 个导磁性纳米粒子由包括以下步骤的制造方法所制造获得：提供一混合物， 该混合物包含一金属粉末及一氧化物粉末；将该混合物分散于一分散剂中， 以形成一混合液；及以球磨方式球磨该混合液，以形成该多个导磁性纳米粒 子。

因此，本发明的一种快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术， 通过以球磨方式球磨该金属粉末及该氧化物粉末，可以获得具有导磁性的多 个导磁性纳米粒子，因而在于该金属基材上形成该多个纳米孔洞之后，即可 以利用磁力旋转法(提供一旋转磁场，使该多个导磁性纳米粒子受到该旋转 磁场的作用而以例如100～1000rpm的转速进行旋转)，以将该导磁性纳米 粒子均匀地填充于该多个纳米孔洞之中，进而使所获得的金属-纳米粒子复 合材料可以具有较佳的散热效率，为本发明的功效。

本发明的快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术中，能够以一 纳秒激光器所发射的纳秒激光形成该多个纳米孔洞。举例而言，该纳秒激光 器具有一激光聚焦镜，该激光聚焦镜的激光焦距可以介于50～300mm之间； 该纳秒激光器所发射的纳秒激光的加工功率可以介于1～20W之间、聚焦光 斑可以介于20～150μm之间、激光扫描速度可以介于50～500mm/s之间， 或者，扫描线间距可以介于10～200μm之间。如此，可以使该纳秒激光可以有效于该金属基材上形成该多个纳米孔洞。

本发明的快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术，其中，该混 合物可以包含以重量百分比计为30～45％的金属粉末及55～70％的氧化物粉 末，该混合物较佳可以另包含一氮化物粉末，例如可以包含以重量百分比计 为30～45％的金属粉末、45～55％的氧化物粉末及5～20％的氮化物粉末。举 例而言，该金属粉末可以为铜金属粉末、铝金属粉末或银金属粉末，该氧化 物粉末可以为氧化铁粉末，或该氮化物粉末可以为氮化钛粉末。如此，通过 所选用的该金属粉末及该氧化物粉末(或者该金属粉末、该氧化物粉末及该氮化物粉末)的组成配比，可以使该导磁性纳米粒子具有良好的导磁性，因 而能够利用磁力旋转法而填充于该多个纳米孔洞中。

本发明的快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术，其中，该分 散剂可以为乙醇溶液。举例而言，该分散剂可以为乙醇浓度介于20～30％之 间的乙醇水溶液。如此，使该混合物可以均匀分散于该分散剂中，以进行湿 式粉磨，因而能够提升球磨的效率(例如仅需5～20小时即可以完成湿式粉 磨)，并可以获得粒度均一的导磁性纳米粒子。

本发明的快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术，其中，能够 以0.4～10个/mm

本发明的快速散热的金属─纳米粒子复合材料的制备技术，其中，该金 属基材可以为一铜箔、一铝箔或一不锈钢箔。如此，通过该金属基材的选用， 也可以提升所获得的散热金属-纳米粒子复合材料的散热效率。

附图说明

图1：本发明的快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术的步骤流 程图；

图2：依本发明的制备技术所得的第一实施方案的金属-纳米粒子复合材 料的俯视图；

图3：图2的沿A-A线的侧视剖面图；

图4：依本发明的制备技术所得的第二实施方案的金属-纳米粒子复合材 料的俯视图；

图5：图4的沿B-B线的侧视剖面图；

图6：以纳秒激光于铜箔上所形成的多个纳米孔洞的显微影像。

附图标记说明

【本发明】

1:金属基材

11:纳米孔洞

2:导磁性纳米粒子

D,D1,D2,D3,D4:散热区

L:假想线

S1:纳米孔洞形成步骤

S2:导磁性纳米粒子制备步骤

S3:导磁性纳米粒子填充步骤。

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文列举本 发明的较佳实施例，并配合附图作详细说明；此外，在不同附图中标示相同 符号者视为相同，会省略其说明。

请参照图1所示，本发明的快速散热的金属-纳米粒子复合材料的制备 技术，可以包括：一纳米孔洞形成步骤S1、一导磁性纳米粒子制备步骤S2 及一导磁性纳米粒子填充步骤S3。

详而言之，该纳米孔洞形成步骤S1中，提供如图2所示的一金属基材1， 该金属基材1选用具有良好的导热能力的材质所形成，举例而言，铜(导热 系数为318W/(m·k))、铝(导热系数为237W/(m·k))或不锈钢(导热系 数为15W/(m·k))均可以用于形成该金属基材。再且，由于该金属基材1 的厚度也会影响所制成的散热金属-纳米粒子复合材料的热传导能力，故可 以选择以前述金属所形成的铜箔、铝箔或不锈钢箔作为该金属基材1，该些金属基材1的厚度可以依据应用的需求来选定，例如1mm。

接着，为了提升该金属基材1的散热面积，工者可以于该金属基材1上 形成多个纳米孔洞11，该多个纳米孔洞11可以如图3、图5所示的贯穿或 未贯穿该金属基材1的相对两个表面，例如能够于该金属基材1上，以0.4～ 10个/mm

该多个纳米孔洞11的形成方式不限，但是为控制所形成的多个纳米孔 洞11的分布及尺寸，较佳能够以一纳秒激光器所发射的纳秒激光形成该多 个纳米孔洞11。详而言之，该纳秒激光器具有一激光聚焦镜，工者可以控制 使该激光聚焦镜的激光焦距介于50～300mm之间。并且，工者也可以控制 使该纳秒激光器所发射的纳秒激光的加工功率介于1～20W之间、使该纳秒 激光器所发射的纳秒激光的聚焦光斑介于20～150μm之间、使该纳秒激光 器所发射的纳秒激光的激光扫描速度介于50～500mm/s之间或使该纳秒激 光器所发射的纳秒激光的扫描线间距介于10～200μm之间。如此即可以使 该纳秒激光可以有效于该金属基材上形成该多个纳米孔洞11。

接着，于该导磁性纳米粒子制备步骤S2中，工者可以混合一金属粉末 及一氧化物粉末，以形成一混合物；或者，该混合物可以另外包含一氮化物 粉末。该金属粉末可以选择为导热性良好的铜金属粉末、铝金属粉末或银金 属粉末，而该氧化物粉末则可以选择为容易被磁化的如氧化铁(Fe

工者可以再将该混合物分散于一分散剂中，以形成一混合液。该分散剂 的种类不限，仅需要确保该金属粉末、该氧化物粉末及该氮化物粉末可以分 散于该分散剂中而形成该混合液即可。举例而言，该分散剂可以为乙醇溶液 等，例如选用乙醇浓度介于20～30％之间的乙醇水溶液。

工者能够以一球磨机来球磨该混合液，例如以球磨方式球磨该混合液 5～20小时，此时可以通过该球磨机的研磨及混合作用，以形成该多个导磁 性纳米粒子。

接着，于该导磁性纳米粒子填充步骤S3中，利用磁力旋转法，以将多 个导磁性纳米粒子2填充于该多个纳米孔洞11中。换言之，工者可以提供 一旋转磁场，磁化该多个导磁性纳米粒子2，此时，该多个导磁性纳米粒子 2会沿该旋转磁场的方向旋转，以填充于该多个纳米孔洞11中。举例而言， 工者可以提供一旋转磁场，以使该多个导磁性纳米粒子2受到该旋转磁场的 作用而以100～1000rpm的转速旋转，进而填充于该多个纳米孔洞11中， 如此即可以于各纳米孔洞中填充有足量的导磁性纳米粒子。

于第一实施例中，以20×50×1mm的铜箔作为该金属基材1，在依次以 去离子水、乙醇水溶液进行超音波清洗之后，将该金属基材1放置于纳秒激 光器的工作台上，设定激光聚焦镜的焦距为180mm，并设置光纤激光设备的 激光加工功率为10W、聚焦光斑为49μm、激光扫描速度为50mm/s、扫描 线间距为40μm，于该金属基材1上形成共10000个纳米孔洞11，并且将 形成有该多个纳米孔洞11的金属基材1以细砂纸打磨光滑后，再以乙醇水 溶液进行超音波清洗之后干燥备用。

以铜粉末作为该金属粉末、以纳米氧化铁粉末作为该氧化物粉末，在以 2：3的重量比混合该金属粉末、该氧化物粉末而获得该混合物之后，以乙醇 浓度介于20～30％之间的乙醇水溶液作为该分散剂，将该混合物分散于该分 散剂中，而形成该混合液，将该混合液放入盛有玛瑙球的球磨瓶中，以球磨 机球磨20小时，即可以获得该多个导磁性纳米粒子2。

接着，称取0.2g的导磁性纳米粒子2，利用磁力旋转法，使该多个导 磁性纳米粒子2以800rpm的转速旋转，并填充于该多个纳米孔洞11中， 如此即可以获得第一实施例的散热金属-纳米粒子复合材料。

并且，于第二实施例中，以同样尺寸的304不锈钢箔作为该金属基材1， 依前述相同的流程形成该多个纳米孔洞11之后备用。

接着，以铜粉末作为该金属粉末、以纳米氧化铁粉末及氮化钛粉末分别 作为该氧化物粉末及该氮化物粉末，在以3：4：1的重量比混合该铜粉末、 该纳米氧化铁粉末及该氮化钛粉末而获得该混合物之后，同样分散于乙醇浓 度介于20～30％之间的乙醇水溶液之中，并经球磨机球磨20小时之后，获得 该多个导磁性纳米粒子2。

最后，称取0.2g的导磁性纳米粒子2，同样利用磁力旋转法，使该多 个导磁性纳米粒子2以800rpm的转速旋转而填充于该多个纳米孔洞11中， 如此即可以获得第二实施例的散热金属-纳米粒子复合材料。

此外，取前述第一实施例的形成有该多个纳米孔洞11的金属基材1进 行显微镜拍摄，结果如图6所示，可以得知所形成的多个纳米孔洞11在视 野下为均匀分布，且该多个纳米孔洞11的直径约为49μm。

并且，再比较前述第一实施例所使用的铜箔(未形成有该多个纳米孔洞 11的金属基材1)、形成有数个纳米孔洞11的金属基材，以及第一实施例的 散热金属-纳米粒子复合材料的散热效率，可以得知在10秒内，未形成有该 多个纳米孔洞11的金属基材的温度可以降低约40℃、形成有该多个纳米孔 洞11的金属基材的温度可以降低约15℃，而第一实施例的散热金属-纳米粒 子复合材料的的温度则可以大幅降低约110℃，可以得知以本发明的快速散 热的金属-纳米粒子复合材料的制备技术所获得的金属-纳米粒子复合材料 确实具有较佳的散热效率。

综上所述，本发明的一种快速散热的金属─纳米粒子复合材料的制备技 术，通过以球磨方式球磨该金属粉末及该氧化物粉末，可以获得具有导磁性 的多个导磁性纳米粒子2，因而在于该金属基材1上形成该多个纳米孔洞11 之后，即可以利用磁力旋转法(提供一旋转磁场，使该多个导磁性纳米粒子 受到该旋转磁场的作用而以例如100～1000rpm的转速进行旋转)，以将该 导磁性纳米粒子2均匀地填充于该多个纳米孔洞11之中，进而使所获得的 金属-纳米粒子复合材料可以具有较佳的散热效率，为本发明的功效。

此外，通过纳秒激光烧灼技术于该金属基材1上形成该多个纳米孔洞 11，不仅可以直接改变该金属基材1的表面宏观结构，增加该金属基材1的 散热面积，且纳秒激光烧灼技术简单且易控，可以实现有效降低生产成本的 功效。

虽然本发明已利用上述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任 何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行 各种更动与修改仍属本发明所保护的技术范畴，因此本发明之保护范围当包 含权利要求书所记载的文义及均等范围内的所有变更。并且，上述多个实施 例能够组合时，则本发明包含任意组合的实施案例。