中國粉體網(wǎng)訊  因手機(jī)散熱不好導(dǎo)致的事故并不鮮見，因此散熱問題一直是令手機(jī)廠商頭疼不已的大事，甚至有人認(rèn)為散熱已成為了手機(jī)等電子設(shè)備發(fā)展面臨的頭等大事。

作為高效的散熱材料，石墨烯導(dǎo)熱膜的出現(xiàn)令手機(jī)廠商欣喜不已。自2018年首次被華為應(yīng)用于Mate20X手機(jī)后，石墨烯導(dǎo)熱膜逐漸被包括榮耀、努比亞、小米、OnePlus、OPPO、ROG、聯(lián)想等眾多手機(jī)廠商使用。在很多時候，“石墨烯導(dǎo)熱膜”已經(jīng)成為很多手機(jī)品牌新機(jī)發(fā)布時著重宣傳的大賣點(diǎn)，由此可見它有多香。

了解石墨烯導(dǎo)熱膜

自 2004年石墨烯被 Geim 和 Novoselov 等科學(xué)家用膠帶成功剝離出來便受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注，石墨烯的相關(guān)研究也出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展。石墨烯是由 sp2雜化形式的碳原子以六邊形周期結(jié)構(gòu)排列形成的單原子層二維晶體。由于石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使其表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)（室溫載流子遷移率為250000cm²V^-1s^-1）、熱學(xué)（理論熱導(dǎo)率達(dá)5300Wm^-1K^-1）、光學(xué)（透光率達(dá)97.7%）、力學(xué)（楊氏模量和抗張強(qiáng)度分別為1TPa和130GPa）及化學(xué)性質(zhì)，因而在光電器件、功能涂層、生物醫(yī)藥與熱量傳導(dǎo)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。

在作為導(dǎo)熱材料方面，石墨烯相比于傳統(tǒng)的銀、銅、鋁等金屬材料，不僅具有更高的熱導(dǎo)率還表現(xiàn)出質(zhì)量輕、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)勢。

石墨烯散熱膜是以石墨烯為原料，采用多層石墨烯堆疊而成的高定向散熱膜，與其他同類散熱材料相比，具有機(jī)械性能好，導(dǎo)熱系數(shù)高，質(zhì)量輕，材料薄，柔韌性好等特點(diǎn)，能夠為電子尤其是手機(jī)/筆記本行業(yè)、航空航天、醫(yī)療行業(yè)提供高品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)化的散熱解決方案。

石墨烯導(dǎo)熱膜在手機(jī)中的應(yīng)用

以5G手機(jī)為例，功能創(chuàng)新帶來功耗提升，散熱需求隨之升級。主要發(fā)熱源為處理器、電池、攝像頭、LED模組，5G手機(jī)需要支持更多的頻段和實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，天線數(shù)量翻倍，射頻前端增加，處理器性能提升，同時智能手機(jī)向大屏折疊屏、多攝高清攝升級、大功率快充升級，使得手機(jī)內(nèi)集成的功能模塊更多更緊密。5G手機(jī)芯片功耗約11W，約是4G手機(jī)的2.5倍，散熱需求強(qiáng)烈。目前4G廣泛應(yīng)用的散熱材料有石墨片、導(dǎo)熱界面材料等，受制于其導(dǎo)熱系數(shù)的極限，已經(jīng)很難滿足5G手機(jī)需求。

在石墨烯導(dǎo)熱膜逐漸成為熱門散熱材料之前，主流電子散熱材料主要采用以聚酰亞胺薄膜為原料制備的人工石墨膜，雖然人工石墨膜面內(nèi)熱導(dǎo)率較高（1000~1500 W/mK），但受原料膜限制，其厚度也較�。�25~60μm），更重要的是，這些原料主要依賴進(jìn)口。

高端機(jī)使用的VC均熱板，每片手機(jī)里的VC均熱板成本在10-15塊，使用石墨烯之后，膜的成本可降到原來的1/3左右。除了保障高效散熱之外，石墨烯導(dǎo)熱膜在降低成本方面也大有前景。

同時，隨著折疊屏手機(jī)技術(shù)的不斷成熟，石墨烯導(dǎo)熱膜在折疊屏手機(jī)上的應(yīng)用也將越來越廣泛。

要克服兩大關(guān)鍵技術(shù)障礙

目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界針對高性能石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)業(yè)化的研究，主要沿著三個方向：（a）提高石墨烯導(dǎo)熱膜的面內(nèi)方向熱導(dǎo)率；（b）提高石墨烯導(dǎo)熱膜的厚度，擴(kuò)大導(dǎo)熱通量，同時保持良好的熱傳導(dǎo)性能；（c）有效成本控制下的宏量制備。針對高性能石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)業(yè)化而言，主要需要克服兩大關(guān)鍵技術(shù)障礙：

①高定向組裝石墨烯導(dǎo)熱膜的規(guī)模化制備技術(shù)

有效成本控制下的規(guī)�；�制備是新材料從實(shí)驗室到市場的前提，行業(yè)內(nèi)通常采用高溫?zé)徇�原氧化石墨烯膜的方式制備石墨烯導(dǎo)熱膜。

富烯科技石墨烯導(dǎo)熱膜生產(chǎn)工藝流程

氧化石墨烯的高定向自組裝是實(shí)現(xiàn)石墨烯膜高導(dǎo)熱性能的核心，而單層率超過90%的氧化石墨烯微片是實(shí)現(xiàn)高定向自組裝的關(guān)鍵。

一方面，氧化程度更高的氧化石墨烯前驅(qū)體，更容易被解離為高單層率的氧化石墨烯微片，從而能夠帶來取得良好的分散效果以及更好的高定向組裝效果，但是會帶來更高的氧化成本。

另一方面，高單層率的氧化石墨烯漿料由于氫鍵的作用容易發(fā)生團(tuán)聚，需要降低固含量才能實(shí)現(xiàn)均勻分散，以滿足涂覆工序和實(shí)現(xiàn)高定向組裝的要求，然而低固含漿料不易涂覆成理想厚度的GO膜，將嚴(yán)重降低涂覆效率，并且加大了干燥難度，從而導(dǎo)致制造成本大幅增加。雖然可以通過添加分散劑或表面處理劑來提升漿料固含，但會引起漿料粘度的顯著提升，使其流動性差，導(dǎo)致無法輸送、難以涂覆。

因此，氧化石墨烯漿料所要求的良好分散性與石墨烯原材料的高氧化成本，石墨烯薄膜的高定向組裝性與涂覆、干燥過程中的高工藝成本，成為影響高性能石墨烯薄膜規(guī)模化制備經(jīng)濟(jì)性的兩個主要矛盾及其產(chǎn)業(yè)化過程的重大技術(shù)障礙。

②石墨烯導(dǎo)熱膜的結(jié)構(gòu)修復(fù)與熱導(dǎo)率提升技術(shù)

盡最大可能修復(fù)石墨烯膜中微觀結(jié)構(gòu)的缺陷，是提高石墨烯膜導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵。將單層石墨烯中的優(yōu)異熱導(dǎo)率有效保留到數(shù)百微米厚度（百萬層）薄膜中，是在產(chǎn)品中發(fā)揮石墨烯熱導(dǎo)率的核心要求。在石墨烯高定向組裝的基礎(chǔ)之上，盡最大可能修復(fù)石墨烯中微觀結(jié)構(gòu)的缺陷，使之在單層面內(nèi)恢復(fù)理想石墨烯結(jié)構(gòu)，但在層間盡可能降低相鄰石墨烯片層對于熱導(dǎo)的散射與影響，需要對石墨烯的結(jié)構(gòu)修復(fù)工藝進(jìn)行精確控制，并深入理解材料處理工藝與產(chǎn)品最終性能之間的關(guān)系。

參考來源：

[1]裴嵩峰：聚焦石墨烯高導(dǎo)熱膜，發(fā)力手機(jī)設(shè)備散熱市場. 清新電源

[2]【產(chǎn)業(yè)透視】前沿新材料：石墨烯導(dǎo)熱膜.粉體網(wǎng)

[3]新型散熱材料——石墨烯高導(dǎo)熱材料.中國復(fù)材

[4]葉星柯等.高導(dǎo)熱石墨烯膜制備與研究進(jìn)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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