中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石墨烯擁有優(yōu)異熱學(xué)性能，單層石墨烯擁有高達(dá)5300W/(m∙K)的導(dǎo)熱系數(shù)。以石墨烯導(dǎo)熱膜為代表的石墨烯散熱材料是當(dāng)前熱管理領(lǐng)域最具有前景的新型散熱材料之一，是工信部鼓勵(lì)首批次示范應(yīng)用的前沿新材料。
來(lái)源：富烯科技
石墨烯導(dǎo)熱膜的應(yīng)用
目前在導(dǎo)熱散熱領(lǐng)域中，被廣泛研究的石墨烯散熱材料類(lèi)型包括石墨烯導(dǎo)熱膜、石墨烯導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料、石墨烯基金屬?gòu)?fù)合材料、石墨烯散熱涂層等。
用石墨烯材料制備的導(dǎo)熱膜，與傳統(tǒng)人工石墨導(dǎo)熱膜相比，具有理論導(dǎo)熱率高、膜厚可調(diào)，柔性耐彎折等優(yōu)勢(shì)，重要的是石墨烯材料資源自主可控，已成為當(dāng)前導(dǎo)熱材料中熱門(mén)材料之一。
石墨烯導(dǎo)熱膜作為終端產(chǎn)品散熱的重要組件，主要作用是通過(guò)自身較高的散熱性能將元器件及設(shè)備的熱量散出，防止設(shè)備過(guò)熱而引起工作效率降低甚至設(shè)備損壞。
石墨烯導(dǎo)熱膜具備高熱導(dǎo)率、輕量化、柔韌性好等特性，已在中高端智能手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品散熱領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，未來(lái)有望成為折疊屏智能手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備等細(xì)分領(lǐng)域的主流散熱方案。
此外，航空航天領(lǐng)域?qū)ι岵牧系妮p量化、高導(dǎo)熱率等要求十分嚴(yán)苛，“宇航級(jí)”石墨烯導(dǎo)熱膜已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)應(yīng)用；全球互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量不斷增長(zhǎng)拉動(dòng) ICT設(shè)備需求，石墨烯散熱材料應(yīng)用潛力逐步顯現(xiàn)；芯片功率密度持續(xù)提升，催生對(duì)高導(dǎo)熱熱界面材料的需求。石墨烯導(dǎo)熱膜逐步向半導(dǎo)體封裝、新能源汽車(chē)等熱管理領(lǐng)域拓展。
石墨烯材料在熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用潛力
高性能石墨烯導(dǎo)熱膜的產(chǎn)業(yè)化需要跨越兩大技術(shù)障礙
目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界針對(duì)高性能石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)業(yè)化的研究，主要沿著三個(gè)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(shí)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(duì)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)�；苽浼夹g(shù)
有效成本控制下的規(guī)模化制備是新材料從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)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(guò)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(lái)取得良好的分散效果以及更好的高定向組裝效果，但是會(huì)帶來(lái)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(mǎn)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(guò)添加分散劑或表面處理劑來(lái)提升漿料固含，但會(huì)引起漿料粘度的顯著提升，使其流動(dòng)性差，導(dǎo)致無(wú)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(guò)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(gè)主要矛盾及其產(chǎn)業(yè)化過(guò)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(wàn)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(duì)于熱導(dǎo)的散射與影響，需要對(duì)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。
石墨烯導(dǎo)熱膜行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)
2018年石墨烯導(dǎo)熱膜在智能手機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，標(biāo)志著以石墨烯主體材料的商業(yè)化應(yīng)用案例首次落地，拉開(kāi)了國(guó)產(chǎn)高端智能手機(jī)應(yīng)用石墨烯散熱方案的序幕。隨后榮耀、小米、OPPO等手機(jī)終端廠商，相繼推出了采用石墨烯導(dǎo)熱膜散熱方案的旗艦機(jī)型。
隨著石墨烯導(dǎo)熱膜在智能手機(jī)、平板電腦領(lǐng)域的規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，石墨烯導(dǎo)熱膜已初步形成由上游原材料到下游終端應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，但行業(yè)仍處在產(chǎn)業(yè)化初期階段，國(guó)內(nèi)具備石墨烯導(dǎo)熱膜量產(chǎn)能力的企業(yè)較少。
目前，富烯科技、深瑞墨烯、墨�？萍家褜�(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的銷(xiāo)售。此外，A股上市公司道明光學(xué)、錦富技術(shù)、寶泰隆等對(duì)石墨烯導(dǎo)熱膜領(lǐng)域進(jìn)行了布局。
石墨烯導(dǎo)熱膜領(lǐng)域主要公司情況
小結(jié)
石墨烯散熱材料憑借其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，無(wú)論作為自支撐導(dǎo)熱膜，還是作為導(dǎo)熱界面材料，都有望在下一代電子元件散熱應(yīng)用中繼續(xù)發(fā)揮重要價(jià)值，在電子器件、信息技術(shù)、國(guó)防軍工、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。預(yù)計(jì)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。
參考資料：
常州富烯科技股份有限公司招股說(shuō)明書(shū)
團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)：高導(dǎo)熱膜用石墨烯材料應(yīng)用指南
富烯科技、深瑞墨烯、墨睿科技等公司官網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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