中国粉体网讯 因手机散热不好导致的事故并不鲜见，因此散热问题一直是令手机厂商头疼不已的大事，甚至有人认为散热已成为了手机等电子设备发展面临的头等大事。
作为高效的散热材料，石墨烯导热膜的出现令手机厂商欣喜不已。自2018年首次被华为应用于Mate20X手机后，石墨烯导热膜逐渐被包括荣耀、努比亚、小米、OnePlus、OPPO、ROG、联想等众多手机厂商使用。在很多时候，“石墨烯导热膜”已经成为很多手机品牌新机发布时着重宣传的大卖点，由此可见它有多香。
了解石墨烯导热膜
自 2004年石墨烯被 Geim 和 Novoselov 等科学家用胶带成功剥离出来便受到了科学界的广泛关注，石墨烯的相关研究也出现了井喷式的发展。石墨烯是由 sp2杂化形式的碳原子以六边形周期结构排列形成的单原子层二维晶体。由于石墨烯的独特结构，使其表现出优异的电学（室温载流子迁移率为250000cm2V-1s-1）、热学（理论热导率达5300Wm-1K-1）、光学（透光率达97.7%）、力学（杨氏模量和抗张强度分别为1TPa和130GPa）及化学性质，因而在光电器件、功能涂层、生物医药与热量传导等领域具有巨大的应用价值。
在作为导热材料方面，石墨烯相比于传统的银、铜、铝等金属材料，不仅具有更高的热导率还表现出质量轻、耐腐蚀性强等优势。
石墨烯散热膜是以石墨烯为原料，采用多层石墨烯堆叠而成的高定向散热膜，与其他同类散热材料相比，具有机械性能好，导热系数高，质量轻，材料薄，柔韧性好等特点，能够为电子尤其是手机/笔记本行业、航空航天、医疗行业提供高品质、经济化的散热解决方案。
石墨烯导热膜在手机中的应用
以5G手机为例，功能创新带来功耗提升，散热需求随之升级。主要发热源为处理器、电池、摄像头、LED模组，5G手机需要支持更多的频段和实现更复杂的功能，天线数量翻倍，射频前端增加，处理器性能提升，同时智能手机向大屏折叠屏、多摄高清摄升级、大功率快充升级，使得手机内集成的功能模块更多更紧密。5G手机芯片功耗约11W，约是4G手机的2.5倍，散热需求强烈。目前4G广泛应用的散热材料有石墨片、导热界面材料等，受制于其导热系数的极限，已经很难满足5G手机需求。
在石墨烯导热膜逐渐成为热门散热材料之前，主流电子散热材料主要采用以聚酰亚胺薄膜为原料制备的人工石墨膜，虽然人工石墨膜面内热导率较高（1000~1500 W/mK），但受原料膜限制，其厚度也较小（25~60μm），更重要的是，这些原料主要依赖进口。
高端机使用的VC均热板，每片手机里的VC均热板成本在10-15块，使用石墨烯之后，膜的成本可降到原来的1/3左右。除了保障高效散热之外，石墨烯导热膜在降低成本方面也大有前景。
同时，随着折叠屏手机技术的不断成熟，石墨烯导热膜在折叠屏手机上的应用也将越来越广泛。
要克服两大关键技术障碍
目前学术界和产业界针对高性能石墨烯导热膜产业化的研究，主要沿着三个方向：（a）提高石墨烯导热膜的面内方向热导率；（b）提高石墨烯导热膜的厚度，扩大导热通量，同时保持良好的热传导性能；（c）有效成本控制下的宏量制备。针对高性能石墨烯导热膜产业化而言，主要需要克服两大关键技术障碍：
①高定向组装石墨烯导热膜的规模化制备技术
有效成本控制下的规模化制备是新材料从实验室到市场的前提，行业内通常采用高温热还原氧化石墨烯膜的方式制备石墨烯导热膜。
富烯科技石墨烯导热膜生产工艺流程
氧化石墨烯的高定向自组装是实现石墨烯膜高导热性能的核心，而单层率超过90%的氧化石墨烯微片是实现高定向自组装的关键。
一方面，氧化程度更高的氧化石墨烯前驱体，更容易被解离为高单层率的氧化石墨烯微片，从而能够带来取得良好的分散效果以及更好的高定向组装效果，但是会带来更高的氧化成本。
另一方面，高单层率的氧化石墨烯浆料由于氢键的作用容易发生团聚，需要降低固含量才能实现均匀分散，以满足涂覆工序和实现高定向组装的要求，然而低固含浆料不易涂覆成理想厚度的GO膜，将严重降低涂覆效率，并且加大了干燥难度，从而导致制造成本大幅增加。虽然可以通过添加分散剂或表面处理剂来提升浆料固含，但会引起浆料粘度的显著提升，使其流动性差，导致无法输送、难以涂覆。
因此，氧化石墨烯浆料所要求的良好分散性与石墨烯原材料的高氧化成本，石墨烯薄膜的高定向组装性与涂覆、干燥过程中的高工艺成本，成为影响高性能石墨烯薄膜规模化制备经济性的两个主要矛盾及其产业化过程的重大技术障碍。
②石墨烯导热膜的结构修复与热导率提升技术
尽最大可能修复石墨烯膜中微观结构的缺陷，是提高石墨烯膜导热性能的关键。将单层石墨烯中的优异热导率有效保留到数百微米厚度（百万层）薄膜中，是在产品中发挥石墨烯热导率的核心要求。在石墨烯高定向组装的基础之上，尽最大可能修复石墨烯中微观结构的缺陷，使之在单层面内恢复理想石墨烯结构，但在层间尽可能降低相邻石墨烯片层对于热导的散射与影响，需要对石墨烯的结构修复工艺进行精确控制，并深入理解材料处理工艺与产品最终性能之间的关系。
参考来源：
[1]裴嵩峰：聚焦石墨烯高导热膜，发力手机设备散热市场. 清新电源
[2]【产业透视】前沿新材料：石墨烯导热膜.粉体网
[3]新型散热材料——石墨烯高导热材料.中国复材
[4]叶星柯等.高导热石墨烯膜制备与研究进展
（中国粉体网编辑整理/山川）
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