石墨烯拥有优异热学性能，单层石墨烯拥有高达5300W/(m∙K)的导热系数。以石墨烯导热膜为代表的石墨烯散热材料是当前热管理领域最具有前景的新型散热材料之一，是工信部鼓励首批次示范应用的前沿新材料。目前在导热散热领域中，被广泛研究的石墨烯散热材料类型包括石墨烯导热膜、石墨烯导热高分子复合材料、石墨烯基金属复合材料、石墨烯散热涂层等。
用石墨烯材料制备的导热膜，与传统人工石墨导热膜相比，具有理论导热率高、膜厚可调，柔性耐弯折等优势，重要的是石墨烯材料资源自主可控，已成为当前导热材料中热门材料之一。石墨烯导热膜作为终端产品散热的重要组件，主要作用是通过自身较高的散热性能将元器件及设备的热量散出，防止设备过热而引起工作效率降低甚至设备损坏。石墨烯导热膜具备高热导率、轻量化、柔韧性好等特性，已在中高端智能手机、平板电脑等消费类电子产品散热领域实现了大规模的商业化应用，未来有望成为折叠屏智能手机、智能可穿戴设备等细分领域的主流散热方案。此外，航空航天领域对散热材料的轻量化、高导热率等要求十分严苛，“宇航级”石墨烯导热膜已经成功实现应用；全球互联网数据流量不断增长拉动
ICT设备需求，石墨烯散热材料应用潜力逐步显现；芯片功率密度持续提升，催生对高导热热界面材料的需求。石墨烯导热膜逐步向半导体封装、新能源汽车等热管理领域拓展。
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：
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。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。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。2018年石墨烯导热膜在智能手机领域实现商业化应用，标志着以石墨烯主体材料的商业化应用案例首次落地，拉开了国产高端智能手机应用石墨烯散热方案的序幕。随后荣耀、小米、OPPO等手机终端厂商，相继推出了采用石墨烯导热膜散热方案的旗舰机型。
随着石墨烯导热膜在智能手机、平板电脑领域的规模商业化应用，石墨烯导热膜已初步形成由上游原材料到下游终端应用的完整产业链，但行业仍处在产业化初期阶段，国内具备石墨烯导热膜量产能力的企业较少。目前，富烯科技、深瑞墨烯、墨睿科技已实现一定规模的销售。此外，A股上市公司道明光学、锦富技术、宝泰隆等对石墨烯导热膜领域进行了布局。
石墨烯散热材料凭借其优异的导热性能，无论作为自支撑导热膜，还是作为导热界面材料，都有望在下一代电子元件散热应用中继续发挥重要价值，在电子器件、信息技术、国防军工、新能源汽车等领域具有良好的应用前景。预计石墨烯导热膜的市场规模在未来两到三年内有望达到23亿美元。合作请联系：18219113021（微信同号）
内容来源：粉体网
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