石墨散熱膜_産品特性

石墨散熱膜是一種非常薄的GTS，綜合性質的熱傳導材料，也稱為熱傳導石墨膜、熱傳導石墨片、石墨散熱片等，為電子産品的薄型發展提供了可能性。散熱石墨膜具有良好的再加工性，可根據用途與PET等其他膜類材料複合或塗膠，該材料具有彈性，可裁剪沖壓成任意形狀，石墨散熱膜廠家介紹可多次彎曲的點熱源适用于将點熱源轉換為面熱源的快速導熱，具有較高的導熱性能除傳統方法外，散熱石墨膜是提供散熱管理/在有限區域内功率設備散熱或提供輔助功率設備散熱的理想材料。

1.石墨散熱膜優良的導熱系數：700-1300w/(m-k)(相當于銅的2~3倍，鋁的3~5倍)

2.比重：0.85-1.9g/cm3（密度相當于銅的1/4到1/10，鋁的1/1.3到1/3）

3.柔軟易切（可反複彎曲）

4.低熱阻。

什麼是導熱石墨片？

導熱石墨片是一種新型的導熱散熱材料，是一種沿兩個方向均勻導熱、屏蔽熱源和元件的材料，同時提高了消費類電子産品的性能。随着電子産品的升級，對加速、小型化、高集成度和高性能的電子設備的散熱管理提出了越來越高的要求。

這種新型天然石墨具有散熱效率高、占用空間小、重量輕等優點，顔色一般為黑色，經過精細加工後的天然石墨，在水平方向的導熱系數高達1500 W/M-K，常用于集成電路、CPU、MOS、LED、散熱片、液晶電視、筆記本電腦、通訊設備、無線開關、DVD、手持設備等。

導熱石墨片的分類

石墨片分為天然石墨片和人造石墨片！

天然石墨散熱膜具有導熱系數高、施工方便、柔韌性好、無氣液滲透性、石墨片不老化、不脆化等特點，适用于大多數化學介質，一般導熱系數700~1200W/m.k。天然石墨片的缺點是它不能太薄，通常成品最薄的達到0.1mm厚度，所以天然石墨的市場份額越來越低。同時，由于天然石墨本身的結構因素，天然石墨的散熱效果相對較弱。

人造石墨可制得很薄，散熱效果很好，導熱系數為1000×1500 W/m.K，主要體現在熱耗散速度快，但人工石墨價格偏高。在手機市場上，對質量的追求也越來越高，合成石墨片也受到青睐。

石墨片散熱原理：

典型的熱管理系統由外部冷卻裝置、散熱器和熱段組成，以智能

手機産品為例：

1.熱通過導熱石墨片的平面迅速傳遞到殼體和框架中。

2.增強了導熱石墨片表面的紅外輻射效應。

3.導熱石墨片擴大了平面散熱面積，迅速散失了熱點。

經過大緻的介紹相信大家已經對模切材料——導熱石墨片已經有了相關的理解了，但是這種材料是怎麼加工的呢？既然是模切材料一般都是通過模切機加工的，優質的模切機在模切加工中不僅可以省人力、物力還提高了生産效率，所以相關廠家在選擇加工機器的時候一定要選擇高質量的模切機。

我國導熱領域起步較晚，由于高端産品技術仍壟斷在歐美及日本等少數企業中，國内衆多導熱界面材料生産廠家仍以低端産品輸出為主，銷售額僅占市場總額10%左右。

傳統手機散熱材料以石墨片和導熱凝膠等TIM 材料（導熱界面材料）為主，石墨片存在導熱系數相對較低、厚度相對較大等問題。

目前熱管和VC（均熱闆）開始從電腦、服務器等領域滲透到智能手機終端，石墨烯材料也開始應用。相對而言，VC和石墨烯的導熱系數高、厚度低，是性能更佳的散熱材料。

石墨膜：散熱方案的主流材料

主流散熱材料，單手機用量為 3~6 片石墨是相較于銅和鋁等金屬更好的導熱材料，主要原因在于石墨具有特殊的六角平面網狀結構，可以将熱量均勻地分布在二維平面并有效地轉移。在水平方向上，石墨的導熱系數為 300~1900W/（m〃K），而銅和鋁的導熱系數約為 200~400 W/（m〃K）。在垂直方向上，石墨的導熱系數僅為 5~20W/（m〃K）。因此，石墨具備良好的水平導熱、垂直阻熱效果。同時，石墨的比熱容與鋁相當，約為銅的2倍，這意味着吸收同樣的熱量後，石墨溫度升高僅為銅的一半。

此外，石墨密度僅為 0.7~2.1g/cm3，原低于銅的 8.96g/cm3 和鋁的 2.7g/cm3， 因此可以做到輕量化，能夠平滑粘附在任何平面和彎曲的表面。基于高導熱系數、高比熱容和低密度等性能優勢，石墨自 2009 年開始批量應用于消費電子 産品，2011 年開始大規模應用于智能手機，目前已經取代傳統金屬，成為消費電子領域主流的散熱材料。

理論上，石墨膜越薄，導熱系數越高。早期石墨膜厚度主要介于 20~50µm 之間，其水平軸 的導熱系數介于 300~1,500W/(m〃K)。随着技術改善，石墨膜的加工工藝更加成熟，目前最 薄可到 0.01mm，其水平軸的導熱效率也高達 1,900W/(m〃K)。然而，石墨散熱片并不是越薄越好，關鍵是要将功率器件和散熱器之間的縫隙填滿。因此，不同應用場景下使用的石墨散熱膜各有不同。

主流的散熱膜有天然石墨散熱膜、人工合成石墨散熱膜和納米碳散熱膜三種。

（1）天然石墨膜：完全由天然石墨制成，在真空條件下不會發生脫氣現象，在400℃以上 的溫度也可繼續使用，最低能做到 0.1mm 左右，主要應用在數據中心、基站和充電站等。

（2）人工石墨散熱膜：由聚酰亞胺（PI 膜）經過碳化和石墨化制成，是當前最薄的散熱膜材料，最薄可做到 0.01mm，廣泛應用于手機、電腦等智能終端産品。

（3）納米碳散熱膜：由納米碳（石墨同素異構體）制成，最薄可做到 0.03mm，散熱功率可 高達 1000~6000。由于納米碳散熱膜加工工序簡單，隻需要開模和沖切，成本低售價也低。

智能手機中主要使用人工合成石墨膜，用量視手機性能和要求而定，大概在 3~6 片，使用到 的部件包括鏡頭、CPU、OLED 顯示屏、WiFi 天線、無線充和電池等。其中 CPU對散熱的性能要求最高，其次是無線充，再次是鏡頭和電池，最後是顯示屏和 WiFi 天線。目前，高導熱石墨膜的價格約為 0.2~0.3 美金/片。初步估算，單機石墨膜價值量為 1~2 美金。未來， 随着智能手機更多創新型的電子化設計，單機石墨膜價值量有望進一步提升。

北京冬奧會給我們留下了美好的回憶，除了世界頂流冰墩墩、雪容融，還有十分亮眼的科技——石墨烯，發熱圍巾、手套、襪子、暖手寶等石墨烯産品在冬奧冰雪中散發科技溫度。這還僅僅隻是被稱為“新材料之王”的石墨烯應用的冰山一角，石墨烯不僅能為冬奧保暖，還能給電子産品“退燒”。

冰墩墩石墨烯發熱暖手寶

手機、筆電、平闆以及智能穿戴等電子産品已成為我們生活中不可或缺的必需品，功能日益強大，高速處理器、高分辨率、大屏化、高像素拍攝等等，疊代更新的速度讓其他科技産品望塵莫及。功能高度集成和輕薄化設計也使得電子産品的散熱問題越發突出，新型高導熱石墨烯散熱膜開始大顯身手。

圖 石墨烯散熱膜，來源：深圳烯材

石墨烯散熱膜具有良好的傳熱性能和柔韌性優異、質輕等特點，作為新型高導熱材料備受關注，自2018年首次被華為應用于Mate 20 X手機之後，逐漸被國内主要手機品牌所應用，特别是在旗艦機、遊戲機上，還拓展應用到平闆上，未來有望成為主流散熱技術之一。

表 石墨烯在手機的應用案例

僅從近期一個月内發布的新機來看，就已經有7款手機采用石墨烯散熱方案，可見石墨烯散熱勢頭強勁，小米和華為甚至還投資了石墨烯企業，可見其看重。石墨烯到底有何神奇之處，竟能如此受到青睐？今天我們就來了解一下。

1、什麼是石墨烯

石墨烯，英文名：Graphene，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型、呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。

早在20世紀40年代就已經有研究者提出了石墨烯的概念，但僅為理論研究。直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家Andre Geim和Konstantin Novoselov通過機械剝離法，利用特殊膠帶剝離高定向熱解石墨首次獲得了石墨烯，二人也因此獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

圖 石墨烯均熱片，來源：深圳烯材

石墨烯導熱主要通過晶格的振動，晶格（聲子）通過晶體結構單元的相互諧調制約和相互的聲子振動來實現對外界的熱量傳導。石墨烯具有高熱導率的原因，主要來源于碳原子間牢固的結合力、高度有序的排列組合和微晶尺寸比較大的晶格排列。

圖 石墨烯散熱膜的導熱機理，來源：武漢漢烯

石墨烯的熱導率主要由石墨烯聲子頻率、聲子自由程、聲子作用過程等因素決定，不同狀态下石墨烯的熱導率有所差别。純的無缺陷單層石墨烯熱導率高達5300W/mK。

表 不同形态石墨烯材料的熱導率

2、石墨烯的制備方法

發展至今，石墨烯的制備方法已經有多種，但石墨烯的合成仍然是石墨烯研究中最關鍵的問題。根據碳源物相及合成環境，石墨烯的制備方法可分為固相法、液相法、氣相法。

1）固相法

• 機械剝離法

膠帶機械剝離高定向熱解石墨可以獲得高質量石墨烯，該方法效率低且成本高。

• SiC外延法

在單晶SiC 上通過真空石墨化外延生長可獲得石墨烯。産品質量高、層數可控，可制備大尺寸的石墨烯，但成本很高，且質量、晶粒尺寸都略遜于機械剝離法。

• 打開CNT

将碳納米管（CNTs ）局部嵌入聚合物中，然後采用等離子刻蝕打開CNTs可得到石墨烯納米條帶（GNRs）。該方法可大量制備形貌規則、結構可控、帶隙可調的GNRs。

2）液相法

• 氧化還原法

氧化還原法是一種常見的液相法制備石墨烯的方法，該方法成本低、産量高，但産物有缺陷。液相法制備的氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)溶液在水中可完全分散從而獲得幾乎獨立存在的GO層片的懸浮液。GO溶液可在多種表面上沉積成膜，激光還原和熱探針還原可得到還原氧化石墨烯薄膜。

• 直接溶劑剝離法

将石墨分散在N-甲基吡咯烷酮、乙酰二甲胺、γ-丁内酯和1,3-二甲基-2-咪唑啉酮等溶劑中超聲剝離可獲得少層石墨烯。

• 單體組裝

前驅體分子耦合為線性對位聚苯後通過脫氫環化可以獲得原子級精度的GNRs。單體組裝獲得不同形貌的GNRs。

3）氣相法

化學氣相沉積(CVD)可以獲得大面積單層、雙層或多層石墨烯薄膜。以銅或鎳為基底，反應溫度在800~1000 ℃，經催化作用，碳原子沉積在基底表面，生成厚度可控的石墨烯。這種方法原材料選擇靈活，但生産效率較低，生長過程和後續轉移過程會在石墨烯中引入缺陷。

石墨烯散熱膜

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導熱膜，包含保護膜、單面膠、石墨烯膜、雙面膠和離型膜等。

圖源網絡

1）高導熱系數，可達到1200~1800W/m·K，遠大于傳統的金屬散熱材料如銅、鋁；

2）低熱阻，熱阻比鋁低40%，比銅低20%。

3）重量輕，重量比鋁輕 25%，比銅輕75%;

4）散熱石墨烯膜表面可以與金屬、塑膠、不幹膠等其它材料組合，且根據實際形狀需要可對石墨導熱膜進行切割裁剪。

石墨烯散熱膜以天然鱗狀石墨為原料制備石墨烯漿料，經過塗布、烘幹後送入高溫爐進行碳化、石墨化處理，後經壓延、模切最終獲得。

圖 石墨烯散熱膜的主要生産工藝

目前國内石墨烯散熱膜相關企業包括墨睿科技、深瑞墨烯、富烯科技、東莞鵬威、江蘇寶烯、深圳烯材、中科悅達、深圳稀導、星途(常州)、中石科技、武漢漢烯、江蘇斯迪克、安潔科技、宇航派蒙、道明光學、易成新能、平煤新型炭材等。

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