中國粉體網訊 隨著5G時代的來臨，電子產品的消耗功率是4G的2至5倍，從而引起的發(fā)熱量相對4G也將以數倍增長，這對于熱界面材料和散熱材料都是極大考驗。5G時代，誰是最佳散熱材料?
石墨烯導熱膜迎熱潮，華為、小米、貝特瑞等齊布局
近幾年，從石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導熱凝膠散熱到熱管散熱，再到均熱板散熱等，智能手機的散熱技術不斷更迭，也出現(xiàn)多樣化的散熱方案。在華為和小米等品牌廠商的助推下，石墨烯散熱的市場逐漸白熱化。
2020年5月份，華為發(fā)布的國內首款5G平板Mate Pad Pro 5G搭載了超厚3D石墨烯散熱技術，并在上半年投資了常州富烯科技（主導產品為石墨烯導熱膜、石墨烯導熱片等），布局石墨烯散熱技術，在一定程度上引領了電子設備散熱市場的發(fā)展趨勢。10月，小米宣布正式完成對黑睿科技（覆蓋石墨烯原料生產到導熱膜制備全鏈條的公司）的追加投資，預計今年底將建成月產10萬平的石墨烯導熱膜產線。
在市場需求帶動下，材料廠商道明光學2020年10月發(fā)布公告擬投資4880萬元建設年產100萬平方米石墨烯膜生產線。2020年12月，貝特瑞旗下石墨烯導熱膜項目投產，該永安石墨烯導熱膜新生產線的年產能可達40萬平方米（80um厚度）。此外貝特瑞集團表示，將石墨烯材料作為公司繼負極材料、正極材料之后的第三大業(yè)務板塊，并在未來5-10年時間里會不斷加大投入。
誠然，在5G時代，在智能手機之外，5G基站、可穿戴設備、柔性顯示屏、服務器等許多領域的關鍵材料，在兼顧導熱性能和成本的同時，對石墨烯的導熱需求也越來越多。
制備技術升級迭代 石墨烯導熱膜創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)
從石墨烯原料生產到導熱膜制備，全產業(yè)鏈所涉及的工藝環(huán)節(jié)復雜、環(huán)保要求頗高，規(guī)模量產具有一定挑戰(zhàn)。為推動石墨烯在電子信息散熱領域的應用，推進高性能石墨烯導熱膜產業(yè)化，國內做了很多的研究。
化學還原法首先從制備GO開始，將濃硫酸和發(fā)煙硝酸按照1:2的配比進行混合，將可膨石墨放在溶液中進行磁力攪拌，經過常規(guī)的氧化法制備得到GO，將GO溶液進行濃縮，一般調制到10mg/ml，隨后將GO水溶液涂覆在經過表面活性處理的基底上，經過24h的烘干處理，得到GO薄膜，之后在80℃的溫度下，在氫碘酸的氛圍中進行還原，經過壓制，得到石墨烯高導熱薄膜，申佳欣等利用該方法制備出石墨烯導熱膜，所得到的導熱膜的導熱系數能夠達到600W/(m·K)，此方法降低了成本，且反應條件溫和，能耗低。
涂覆還原法主要是采用了改進的Hummers方法，以天然石墨烯為原料制備GO，然后通過冷凍干燥或噴霧干燥制得氧化石墨烯顆粒，然后將GO分散液涂覆于基底板上，經過干燥，在一定的氣氛中進行還原，最后得到石墨烯導熱膜。馮林敏等應用此方法進行了實驗，改進了工藝。制備的石墨烯導熱膜，簡化了壓延工藝，降低了成本。對于薄膜厚度的控制有了很好的提高。
貝特瑞旗下深瑞墨烯科技有限公司的石墨烯導熱膜工藝分為原材料前處理、成膜、切片、熱處理、成型這幾大流程。具體為：將原材料氧化石墨分散在水中得到一定固含量的氧化石墨漿料，然后通過攪拌和物理解離破碎的方式使氧化石墨漿料形成氧化石墨烯漿料；漿料之后經過涂布烘干，氧化石墨烯通過自組裝形成原始的氧化石墨烯膜，然后將氧化石墨烯膜剪裁至需要的規(guī)格再進碳化和石墨化熱處理得到石墨烯膜，最后將石墨化后的石墨烯膜進行壓實處理得到結構致密，熱導率非常高的石墨烯膜。
寧波石墨烯創(chuàng)新中心有限公司的郭玉芬等人將石墨紙浸泡在酸性插層溶液中進行插層處理，獲得插層石墨紙；將所述插層石墨紙浸泡在酸性氧化溶液進行氧化處理，獲得膨脹石墨烯紙；對所述膨脹石墨烯紙進行石墨化壓延處理，獲得石墨烯導熱膜；應用本方法能夠通過簡單的制備方法獲得厚度厚、熱通量高且機械強度好的石墨烯導熱膜。
常州第六元素材料科技股份有限公司的方鋼等人采用層間鍵合二胺類有機物的氧化石墨烯膜作為原料，先對層間鍵合有二胺類有機物的氧化石墨烯膜進行低溫熱處理，再進行高溫熱處理，得到高拉伸強度的石墨烯導熱膜。本發(fā)明采用層間鍵合二胺類有機物的氧化石墨烯膜制備石墨烯導熱膜，提高石墨烯導熱膜的良率和導熱系數。
深圳市展旺新材料科技有限公司的張世闖等人通過氧化石墨烯溶解后的納米分子自組裝，高溫碳化，石墨化，再進行壓延處理，減少了石墨烯膜層間的空隙，有效提高了熱導率，制備出質量穩(wěn)定、散熱效果優(yōu)異，且柔韌性高的石墨烯導熱膜。本發(fā)明通過簡單的工藝步驟即可制備石墨烯導熱膜，成本低廉，厚度可控，操作簡單，生產效率高，適用于工業(yè)生產。
小結
隨著華為、小米等頭部企業(yè)持續(xù)加碼石墨烯導熱膜的投資與應用，必將帶動其他廠商也加速在石墨烯散熱材料、散熱組件等領域的布局。尤其是隨著5G時代的到來，產品對散熱的需求進一步增加。據預測，石墨烯導熱膜的市場規(guī)模在未來兩到三年內有望達到23億美元。經企業(yè)自主系統(tǒng)研發(fā)，生產技術、工藝裝備的改進和突破，石墨烯導熱膜創(chuàng)新成果涌現(xiàn)，產業(yè)化步伐明顯加快，石墨烯導熱膜未來市場前景可期。
參考資料：
孫嘉豪等.石墨烯薄膜及導熱膜的研究進展
宋凌志等.高導熱石墨烯薄膜的制備方法及研究進展
第一財經、集微網、挖貝網、中研網等
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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