随着高铁的不断提速,对电力系统各方面的要求也越来越高。绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)被称为高速列车“心脏”,控制机车的电力系统,所以其对散热的要求极高。对IGBT模块的散热一直是一个比较棘手的问题,目前人们对散热器的结构、冷媒等方面已经有了深入的研究。此外,对于高导热材料的研究一直是科研中比较重要的一部分。高导热材料作为散热材料应用到电子器件中,对电阻热的传导会起到关键性的作用。特别是对于大功率的电子器件,高导热材料的重要性就显得尤为突出。石墨烯在其二维平面方向上具有很强的导热性。然而目前所制备的石墨烯复合材料的导热性远低于预期,其主要原因是在金属基复合材料当中没有大量高度取向的石墨烯纳米片(Graphene Nano-Platelet,GNP)。本文中,通过真空抽滤、放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering,SPS)烧结制备出了高度取向的石墨烯纳米片/铜的复合材料。研究结果发现,当石墨烯的体积分数达到35%时,石墨烯在铜基体上建立了大面积高度取向的石墨烯纳米片网格结构,而且其平面方向热导率高达525 W/mK,这要比纯铜高出50%。同时,对制备的试样进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱等。通过扫描电镜观察后发现,石墨烯在铜基体当中表现出了良好的分散状态,而且其面取向也高度一致。通过透射电镜观察到,石墨烯与铜间的界面结合良好。通过拉曼光谱发现,制备出的试样中石墨烯因制备造成的缺陷很少。因此,构建石墨烯网络结构可以使石墨烯/金属复合材料的面向热导率增强,这对于提高电子封装材料的单向导热效果是非常重要的。为了验证GNP/Cu复合材料与无氧铜(oxygen-free copper,OFC)在IGBT基板中导热效果的不同,在制备完材料后,本文对其导热性能进行了模拟仿真。利用三维软件SolidWorks对基板进行建模,然后结合材料属性在ANSYS Workbench软件中对基板进行模拟仿真。在本论文中将无氧铜材料的基板和GNP/Cu复合材料的基板均进行有限元模拟,然后将计算结果做了对比。首先对试样做了有限元分析,发现GNP/Cu复合材料试样的导热效果明显优于无氧铜试样的。然后对所建立的基板再次进行计算分析,通过比较温度云图和导出的数据,我们制备的GNP/Cu复合材料在导热方面表现出了明显的各向异性。接着,在基板上面增加了导热片和散热器,然后对基板进行切分处理。将导热片和基板的切分块分别赋予了GNP/Cu复合材料和无氧铜材料,进行分析对比。经过计算后发现,芯片的温度得到了明显地下降。