中國粉體網(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,,是工信部鼓勵首批次示范應(yīng)用的前沿新材料,。
來源: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,、石墨烯基金屬復(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,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、平板電腦等消費類電子產(chǎn)品散熱領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用,,未來有望成為折疊屏智能手機,、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”石墨烯導(dǎo)熱膜已經(jīng)成功實現(xiàn)應(yīng)用,;全球互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量不斷增長拉動 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)�,;苽涫切虏牧蠌膶嶒炇业绞袌龅那疤�,,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)生團聚,需要降低固含量才能實現(xiàn)均勻分散,,以滿足涂覆工序和實現(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
2018年石墨烯導(dǎo)熱膜在智能手機領(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,,拉開了國產(chǎn)高端智能手機應(yīng)用石墨烯散熱方案的序幕,。隨后榮耀、小米,、OPPO等手機終端廠商,,相繼推出了采用石墨烯導(dǎo)熱膜散熱方案的旗艦機型。
隨著石墨烯導(dǎo)熱膜在智能手機,、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,、墨睿科技已實現(xiàn)一定規(guī)模的銷售,。此外,,A股上市公司道明光學(xué)、錦富技術(shù),、寶泰隆等對石墨烯導(dǎo)熱膜領(lǐng)域進行了布局,。
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)揮重要價值,在電子器件、信息技術(shù),、國防軍工,、新能源汽車等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。預(yù)計石墨烯導(dǎo)熱膜的市場規(guī)模在未來兩到三年內(nèi)有望達到23億美元,。
參考資料:
常州富烯科技股份有限公司招股說明書
團體標(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�,?萍嫉裙竟倬W(wǎng)
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金)
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