中國粉體網(wǎng)訊 導(dǎo)熱材料是一種提升熱傳導(dǎo)中的均熱和導(dǎo)熱效率的材料，用于保障電子設(shè)備系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。按照其應(yīng)用場景和形態(tài)性質(zhì)來分，主要包括石墨散熱膜、導(dǎo)熱散熱材料（熱管、均熱板等）和導(dǎo)熱界面材料（如導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠等）。
導(dǎo)熱材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的導(dǎo)熱材料以鋁和銅為主；20世紀(jì)60年代到70年代，有機(jī)硅材料開始迅速發(fā)展，熱管出現(xiàn)。20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)初，石墨材料迅速發(fā)展并得到了廣泛的應(yīng)用，此后，隨著5G、動(dòng)力電池等新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)熱需求激增，新型的熱管理材料不斷發(fā)展。
（一）厚型石墨膜
天然石墨膜是第一種石墨系均熱材料，也是最早被使用的均熱材料。高碳鱗片石墨通過化學(xué)處理、高溫膨脹軋制就可以得到天然的石墨膜，制造工藝簡單，且我國天然石墨儲(chǔ)量豐富，成本優(yōu)勢突出。天然石墨膜的問題在于以下兩點(diǎn)：一是作為天然產(chǎn)品，其片層容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷，從而會(huì)影響到局部均熱性能；二是雖然天然石墨的橫向?qū)崮芰σ呀?jīng)超過絕大部分的材料，但其縱向?qū)嵝阅懿粔蛲怀觯饕獞?yīng)用于低端產(chǎn)品領(lǐng)域。
為解決天然石墨的厚度和縱向?qū)岬膯栴}，合成石墨應(yīng)運(yùn)而生。合成石墨依托于石墨片層的高導(dǎo)熱性能，通過增加厚度或設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)疊合的方式，提高整體或者局部厚度，具有縱向?qū)嵝詮?qiáng)、易于加工等特性，能夠滿足電子產(chǎn)品的需求，目前合成石墨正在逐漸替代天然石墨。
石墨膜生產(chǎn)工藝（圖源：安信證券）
隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的大功率化，高導(dǎo)熱石墨膜逐漸由傳統(tǒng)單層、薄的石墨膜向復(fù)合型、厚型石墨膜發(fā)展。單層、薄的石墨膜受制于其本身的結(jié)構(gòu)和尺寸，導(dǎo)熱性能有一定的上限，因此在一些需要更高導(dǎo)熱性能的應(yīng)用場合，需要更厚的多層石墨膜來實(shí)現(xiàn)，多層石墨膜的市場占比逐步上升。而厚型石墨膜的厚度和多層薄層的石墨膜厚度一致，但單層厚型石墨可減少粘的層數(shù)，能夠增強(qiáng)熱通量，實(shí)現(xiàn)更好的導(dǎo)熱性能，因此單層厚型合成石墨膜具有廣闊的應(yīng)用前景。
（二）石墨烯
石墨烯是新型均熱材料，有“六邊形戰(zhàn)士”之稱，具有很強(qiáng)的橫向?qū)嵝院腿嵝�。石墨烯是指單層的碳原子層，其理論�?dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，是迄今為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì)之一。隨著電子產(chǎn)品性能的不斷增強(qiáng)，越來越高的均熱需求帶動(dòng)了石墨烯膜的使用。除了高導(dǎo)熱性外，石墨烯膜的柔性也是其重要性能。比如在折疊手機(jī)領(lǐng)域，天然石墨和合成石墨都具有較高的剛度，無法實(shí)現(xiàn)折疊過程，而石墨烯具有很強(qiáng)的柔性，三星、華為等廠商推出的折疊屏手機(jī)幾乎都選用石墨烯導(dǎo)熱膜為其核心均熱組件。目前，國內(nèi)具有石墨烯膜生產(chǎn)供貨能力的廠商包括中石科技、富烯科技、深瑞墨烯、斯迪克等。
石墨和石墨稀結(jié)構(gòu)對(duì)比（圖源：安信證券）
（三）超薄熱管
熱管具有快速均溫特性，由外部的空心金屬管和內(nèi)部的可相變液體組成。其工作原理是借由空心金屬管腔內(nèi)持續(xù)循環(huán)的液汽二相變化過程，使管體表面快速均溫。熱管普遍運(yùn)用于各式熱交換器、冷卻器等，主要承擔(dān)快速熱傳導(dǎo)的任務(wù)，是目前電子產(chǎn)品的散熱裝置中最普遍高效的導(dǎo)熱元件。熱管呈細(xì)長狀，在均熱的同時(shí)，能將熱量沿管傳導(dǎo)到散熱組件附近。熱管設(shè)計(jì)比較靈活，在個(gè)人電腦（PC）、智能手機(jī)有重要應(yīng)用，智能手機(jī)中的熱管厚度要遠(yuǎn)小于個(gè)人電腦的熱管厚度，被稱為超薄熱管，隨著電子產(chǎn)品輕薄化的發(fā)展趨勢，其厚度也在逐漸降低，超薄熱管具有更廣闊的市場發(fā)展前景。
（四）超薄均熱板
均熱板屬于高端均熱器件，主要應(yīng)用于厚度或重量敏感型設(shè)備。均熱板一般由外部的銅和內(nèi)部的可相變冷凝液組成，其結(jié)構(gòu)和均熱原理上與熱管相似，區(qū)別在于均熱板呈現(xiàn)出二維板狀。透過傳導(dǎo)、蒸發(fā)、對(duì)流、凝固四個(gè)步驟，將點(diǎn)熱源釋放的熱量均勻分布在整個(gè)平面上。均熱效果超過石墨系材料，僅均熱單板就能達(dá)到整個(gè)平面均熱的效果，相較于厚重的熱管，均熱板更加輕薄，更適用于手機(jī)，在高性能發(fā)熱量較大的手機(jī)上具有天然的優(yōu)勢，除了手機(jī)外，少部分高端筆記本電腦也采用均熱板工藝。厚度的降低是均熱板的發(fā)展趨勢，早期個(gè)人電腦和智能手機(jī)均熱板的厚度為2-5㎜，2㎜以下的均熱板被稱為超薄均熱板，現(xiàn)經(jīng)過不斷研發(fā)，其厚度已達(dá)到0.5㎜以下，并實(shí)現(xiàn)多場景的應(yīng)用。
采用均熱板散熱的手機(jī)（圖源：華碩）
（五）混合填充熱界面材料
熱界面材料一般由基體材料和填充物兩部分組成�；闹饕糜诒ＷC熱界面材料能遍及所有存在空氣縫隙的位置，主要選用具有流動(dòng)性的高分子聚合物。填充物則選用各類高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，如：金屬及金屬氧化物、氮化物、碳化物等，以提高傳熱效率。增加導(dǎo)熱功能填料是提高熱界面材料導(dǎo)熱性的有效手段，相較于增加單一導(dǎo)熱粒子的數(shù)量，不同粒徑混雜填充更能提升熱界面材料的導(dǎo)熱效率。在不同粒徑配比下，復(fù)合材料的粘度和導(dǎo)熱系數(shù)隨填料相對(duì)含量的變化情況是不同的。采用粒徑大小不同的粒子混合填充可以提高填充量，小粒子填充大粒子形成的空隙，二者緊密堆積，可以形成更加良好的導(dǎo)熱通路。
熱界面材料散熱原理（圖源：LED學(xué)院）
（六）復(fù)合型導(dǎo)熱相變材料
導(dǎo)熱相變材料主要應(yīng)用于要求熱阻小、熱傳導(dǎo)效率高的高性能器件，可靠性高，安全性強(qiáng)。其工作原理是利用相變過程進(jìn)行導(dǎo)熱，當(dāng)溫度達(dá)到相變點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)熱相材料會(huì)發(fā)生相變，由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)態(tài)，在壓力下流進(jìn)發(fā)熱體和散熱器之間的不規(guī)則空隙，填充空隙，擠走空氣，降低接觸面的熱阻。相變過程中能夠?qū)崃课�，起到控溫調(diào)溫的作用。
導(dǎo)熱相變材料主要有有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料兩類。有機(jī)相變材料如石蠟、脂肪醇等，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、相變熱大等特點(diǎn)，但導(dǎo)熱性較差，常與高導(dǎo)熱填料（如石墨、碳納米管等）復(fù)合使用以提高導(dǎo)熱性能。無機(jī)相變材料如低熔點(diǎn)金屬，則具有較好的導(dǎo)熱性能和更高的相變溫度，但存在相對(duì)較低的化學(xué)穩(wěn)定性和相變熱的問題。復(fù)合相變材料可以兼顧高安全性和高導(dǎo)熱性，將成為導(dǎo)熱材料的發(fā)展重點(diǎn)。
參考來源：恒州博智、安信證券
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）
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