中國(guó)粉體網(wǎng)訊  隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，電子產(chǎn)品的消耗功率是4G的2至5倍，從而引起的發(fā)熱量相對(duì)4G也將以數(shù)倍增長(zhǎng)，這對(duì)于熱界面材料和散熱材料都是極大考驗(yàn)。5G時(shí)代，誰(shuí)是最佳散熱材料?

石墨烯導(dǎo)熱膜迎熱潮，華為、小米、貝特瑞等齊布局

近幾年，從石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱到熱管散熱，再到均熱板散熱等，智能手機(jī)的散熱技術(shù)不斷更迭，也出現(xiàn)多樣化的散熱方案。在華為和小米等品牌廠(chǎng)商的助推下，石墨烯散熱的市場(chǎng)逐漸白熱化。

2020年5月份，華為發(fā)布的國(guó)內(nèi)首款5G平板Mate Pad Pro 5G搭載了超厚3D石墨烯散熱技術(shù)，并在上半年投資了常州富烯科技（主導(dǎo)產(chǎn)品為石墨烯導(dǎo)熱膜、石墨烯導(dǎo)熱片等），布局石墨烯散熱技術(shù)，在一定程度上引領(lǐng)了電子設(shè)備散熱市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。10月，小米宣布正式完成對(duì)黑睿科技（覆蓋石墨烯原料生產(chǎn)到導(dǎo)熱膜制備全鏈條的公司）的追加投資，預(yù)計(jì)今年底將建成月產(chǎn)10萬(wàn)平的石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)線(xiàn)。

在市場(chǎng)需求帶動(dòng)下，材料廠(chǎng)商道明光學(xué)2020年10月發(fā)布公告擬投資4880萬(wàn)元建設(shè)年產(chǎn)100萬(wàn)平方米石墨烯膜生產(chǎn)線(xiàn)。2020年12月，貝特瑞旗下石墨烯導(dǎo)熱膜項(xiàng)目投產(chǎn)，該永安石墨烯導(dǎo)熱膜新生產(chǎn)線(xiàn)的年產(chǎn)能可達(dá)40萬(wàn)平方米（80um厚度）。此外貝特瑞集團(tuán)表示，將石墨烯材料作為公司繼負(fù)極材料、正極材料之后的第三大業(yè)務(wù)板塊，并在未來(lái)5-10年時(shí)間里會(huì)不斷加大投入。

誠(chéng)然，在5G時(shí)代，在智能手機(jī)之外，5G基站、可穿戴設(shè)備、柔性顯示屏、服務(wù)器等許多領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，在兼顧導(dǎo)熱性能和成本的同時(shí)，對(duì)石墨烯的導(dǎo)熱需求也越來(lái)越多。

制備技術(shù)升級(jí)迭代 石墨烯導(dǎo)熱膜創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)

從石墨烯原料生產(chǎn)到導(dǎo)熱膜制備，全產(chǎn)業(yè)鏈所涉及的工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜、環(huán)保要求頗高，規(guī)模量產(chǎn)具有一定挑戰(zhàn)。為推動(dòng)石墨烯在電子信息散熱領(lǐng)域的應(yīng)用，推進(jìn)高性能石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)業(yè)化，國(guó)內(nèi)做了很多的研究。

化學(xué)還原法首先從制備GO開(kāi)始，將濃硫酸和發(fā)煙硝酸按照1:2的配比進(jìn)行混合，將可膨石墨放在溶液中進(jìn)行磁力攪拌，經(jīng)過(guò)常規(guī)的氧化法制備得到GO，將GO溶液進(jìn)行濃縮，一般調(diào)制到10mg/ml，隨后將GO水溶液涂覆在經(jīng)過(guò)表面活性處理的基底上，經(jīng)過(guò)24h的烘干處理，得到GO薄膜，之后在80℃的溫度下，在氫碘酸的氛圍中進(jìn)行還原，經(jīng)過(guò)壓制，得到石墨烯高導(dǎo)熱薄膜，申佳欣等利用該方法制備出石墨烯導(dǎo)熱膜，所得到的導(dǎo)熱膜的導(dǎo)熱系數(shù)能夠達(dá)到600W/(m·K)，此方法降低了成本，且反應(yīng)條件溫和，能耗低。

涂覆還原法主要是采用了改進(jìn)的Hummers方法，以天然石墨烯為原料制備GO，然后通過(guò)冷凍干燥或噴霧干燥制得氧化石墨烯顆粒，然后將GO分散液涂覆于基底板上，經(jīng)過(guò)干燥，在一定的氣氛中進(jìn)行還原，最后得到石墨烯導(dǎo)熱膜。馮林敏等應(yīng)用此方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)了工藝。制備的石墨烯導(dǎo)熱膜，簡(jiǎn)化了壓延工藝，降低了成本。對(duì)于薄膜厚度的控制有了很好的提高。

貝特瑞旗下深瑞墨烯科技有限公司的石墨烯導(dǎo)熱膜工藝分為原材料前處理、成膜、切片、熱處理、成型這幾大流程。具體為：將原材料氧化石墨分散在水中得到一定固含量的氧化石墨漿料，然后通過(guò)攪拌和物理解離破碎的方式使氧化石墨漿料形成氧化石墨烯漿料；漿料之后經(jīng)過(guò)涂布烘干，氧化石墨烯通過(guò)自組裝形成原始的氧化石墨烯膜，然后將氧化石墨烯膜剪裁至需要的規(guī)格再進(jìn)碳化和石墨化熱處理得到石墨烯膜，最后將石墨化后的石墨烯膜進(jìn)行壓實(shí)處理得到結(jié)構(gòu)致密，熱導(dǎo)率非常高的石墨烯膜。

寧波石墨烯創(chuàng)新中心有限公司的郭玉芬等人將石墨紙浸泡在酸性插層溶液中進(jìn)行插層處理，獲得插層石墨紙；將所述插層石墨紙浸泡在酸性氧化溶液進(jìn)行氧化處理，獲得膨脹石墨烯紙；對(duì)所述膨脹石墨烯紙進(jìn)行石墨化壓延處理，獲得石墨烯導(dǎo)熱膜；應(yīng)用本方法能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的制備方法獲得厚度厚、熱通量高且機(jī)械強(qiáng)度好的石墨烯導(dǎo)熱膜。

常州第六元素材料科技股份有限公司的方鋼等人采用層間鍵合二胺類(lèi)有機(jī)物的氧化石墨烯膜作為原料，先對(duì)層間鍵合有二胺類(lèi)有機(jī)物的氧化石墨烯膜進(jìn)行低溫?zé)崽幚�，再進(jìn)行高溫?zé)崽幚�，得到高拉伸�?qiáng)度的石墨烯導(dǎo)熱膜。本發(fā)明采用層間鍵合二胺類(lèi)有機(jī)物的氧化石墨烯膜制備石墨烯導(dǎo)熱膜，提高石墨烯導(dǎo)熱膜的良率和導(dǎo)熱系數(shù)。

深圳市展旺新材料科技有限公司的張世闖等人通過(guò)氧化石墨烯溶解后的納米分子自組裝，高溫碳化，石墨化，再進(jìn)行壓延處理，減少了石墨烯膜層間的空隙，有效提高了熱導(dǎo)率，制備出質(zhì)量穩(wěn)定、散熱效果優(yōu)異，且柔韌性高的石墨烯導(dǎo)熱膜。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝步驟即可制備石墨烯導(dǎo)熱膜，成本低廉，厚度可控，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，適用于工業(yè)生產(chǎn)。

小結(jié)

隨著華為、小米等頭部企業(yè)持續(xù)加碼石墨烯導(dǎo)熱膜的投資與應(yīng)用，必將帶動(dòng)其他廠(chǎng)商也加速在石墨烯散熱材料、散熱組件等領(lǐng)域的布局。尤其是隨著5G時(shí)代的到來(lái)，產(chǎn)品對(duì)散熱的需求進(jìn)一步增加。據(jù)預(yù)測(cè)，石墨烯導(dǎo)熱膜的市場(chǎng)規(guī)模在未來(lái)兩到三年內(nèi)有望達(dá)到23億美元。經(jīng)企業(yè)自主系統(tǒng)研發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備的改進(jìn)和突破，石墨烯導(dǎo)熱膜創(chuàng)新成果涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化步伐明顯加快，石墨烯導(dǎo)熱膜未來(lái)市場(chǎng)前景可期。

參考資料：

孫嘉豪等.石墨烯薄膜及導(dǎo)熱膜的研究進(jìn)展

宋凌志等.高導(dǎo)熱石墨烯薄膜的制備方法及研究進(jìn)展

第一財(cái)經(jīng)、集微網(wǎng)、挖貝網(wǎng)、中研網(wǎng)等

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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