中國粉體網訊 因手機散熱不好導致的事故并不鮮見，因此散熱問題一直是令手機廠商頭疼不已的大事，甚至有人認為散熱已成為了手機等電子設備發展面臨的頭等大事。
作為高效的散熱材料，石墨烯導熱膜的出現令手機廠商欣喜不已。自2018年首次被華為應用于Mate20X手機后，石墨烯導熱膜逐漸被包括榮耀、努比亞、小米、OnePlus、OPPO、ROG、聯想等眾多手機廠商使用。在很多時候，“石墨烯導熱膜”已經成為很多手機品牌新機發布時著重宣傳的大賣點，由此可見它有多香。
了解石墨烯導熱膜
自 2004年石墨烯被 Geim 和 Novoselov 等科學家用膠帶成功剝離出來便受到了科學界的廣泛關注，石墨烯的相關研究也出現了井噴式的發展。石墨烯是由 sp2雜化形式的碳原子以六邊形周期結構排列形成的單原子層二維晶體。由于石墨烯的獨特結構，使其表現出優異的電學（室溫載流子遷移率為250000cm2V-1s-1）、熱學（理論熱導率達5300Wm-1K-1）、光學（透光率達97.7%）、力學（楊氏模量和抗張強度分別為1TPa和130GPa）及化學性質，因而在光電器件、功能涂層、生物醫藥與熱量傳導等領域具有巨大的應用價值。
在作為導熱材料方面，石墨烯相比于傳統的銀、銅、鋁等金屬材料，不僅具有更高的熱導率還表現出質量輕、耐腐蝕性強等優勢。
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，具有機械性能好，導熱系數高，質量輕，材料薄，柔韌性好等特點，能夠為電子尤其是手機/筆記本行業、航空航天、醫療行業提供高品質、經濟化的散熱解決方案。
石墨烯導熱膜在手機中的應用
以5G手機為例，功能創新帶來功耗提升，散熱需求隨之升級。主要發熱源為處理器、電池、攝像頭、LED模組，5G手機需要支持更多的頻段和實現更復雜的功能，天線數量翻倍，射頻前端增加，處理器性能提升，同時智能手機向大屏折疊屏、多攝高清攝升級、大功率快充升級，使得手機內集成的功能模塊更多更緊密。5G手機芯片功耗約11W，約是4G手機的2.5倍，散熱需求強烈。目前4G廣泛應用的散熱材料有石墨片、導熱界面材料等，受制于其導熱系數的極限，已經很難滿足5G手機需求。
在石墨烯導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熱導率較高（1000~1500 W/mK），但受原料膜限制，其厚度也較小（25~60μm），更重要的是，這些原料主要依賴進口。
高端機使用的VC均熱板，每片手機里的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，石墨烯導熱膜在降低成本方面也大有前景。
同時，隨著折疊屏手機技術的不斷成熟，石墨烯導熱膜在折疊屏手機上的應用也將越來越廣泛。
要克服兩大關鍵技術障礙
目前學術界和產業界針對高性能石墨烯導熱膜產業化的研究，主要沿著三個方向：（a）提高石墨烯導熱膜的面內方向熱導率；（b）提高石墨烯導熱膜的厚度，擴大導熱通量，同時保持良好的熱傳導性能；（c）有效成本控制下的宏量制備。針對高性能石墨烯導熱膜產業化而言，主要需要克服兩大關鍵技術障礙：
①高定向組裝石墨烯導熱膜的規模化制備技術
有效成本控制下的規模化制備是新材料從實驗室到市場的前提，行業內通常采用高溫熱還原氧化石墨烯膜的方式制備石墨烯導熱膜。
富烯科技石墨烯導熱膜生產工藝流程
氧化石墨烯的高定向自組裝是實現石墨烯膜高導熱性能的核心，而單層率超過90%的氧化石墨烯微片是實現高定向自組裝的關鍵。
一方面，氧化程度更高的氧化石墨烯前驅體，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生團聚，需要降低固含量才能實現均勻分散，以滿足涂覆工序和實現高定向組裝的要求，然而低固含漿料不易涂覆成理想厚度的GO膜，將嚴重降低涂覆效率，并且加大了干燥難度，從而導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模化制備經濟性的兩個主要矛盾及其產業化過程的重大技術障礙。
②石墨烯導熱膜的結構修復與熱導率提升技術
盡最大可能修復石墨烯膜中微觀結構的缺陷，是提高石墨烯膜導熱性能的關鍵。將單層石墨烯中的優異熱導率有效保留到數百微米厚度（百萬層）薄膜中，是在產品中發揮石墨烯熱導率的核心要求。在石墨烯高定向組裝的基礎之上，盡最大可能修復石墨烯中微觀結構的缺陷，使之在單層面內恢復理想石墨烯結構，但在層間盡可能降低相鄰石墨烯片層對于熱導的散射與影響，需要對石墨烯的結構修復工藝進行精確控制，并深入理解材料處理工藝與產品最終性能之間的關系。
參考來源：
[1]裴嵩峰：聚焦石墨烯高導熱膜，發力手機設備散熱市場. 清新電源
[2]【產業透視】前沿新材料：石墨烯導熱膜.粉體網
[3]新型散熱材料——石墨烯高導熱材料.中國復材
[4]葉星柯等.高導熱石墨烯膜制備與研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
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