1. 石墨烯高導(dǎo)熱薄膜概述
導(dǎo)熱材料廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域之中,特別是電子設(shè)備領(lǐng)域。常規(guī)的導(dǎo)熱材料主要包括金屬(如金、銀、銅、鋁和鎂等)、金屬氧化物(如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅和氧化鎳等)、金屬氮化物(如氮化鋁)、非金屬材料(如石墨、炭黑、氮化硼、氮化硅和碳化硅等)。導(dǎo)熱材料主要用于解決電子設(shè)備的熱管理問題。熱管理分為主動管理和被動管理,在設(shè)備和裝置中需要對這兩種熱管理類型做出恰當(dāng)選擇以獲得最佳能效。主動熱管理通常與風(fēng)扇、液體冷卻器和熱電冷卻器等外部設(shè)備直接相關(guān), 通過這些外部設(shè)備增強系統(tǒng)中的導(dǎo)熱。

在當(dāng)今熱門的導(dǎo)熱材料之中,石墨烯可謂其中的佼佼者,它是由SP2雜化碳原子組成的新型二維材料。自石墨烯通過機械剝離被發(fā)現(xiàn)以來,研究者對它的關(guān)注度有增無 減。由于石墨烯具有極高的比表面積和獨特的六元碳環(huán) 共軛大π鍵結(jié)構(gòu),在理論厚度僅為0.34nm的情況下,其具有5300W·m-1·K-1的超高TC6000S·cm-1的超高電導(dǎo)率和1.0TPa的理論楊氏模量。石墨烯的形態(tài)各異,可根據(jù)實際需求進行形態(tài)定制。此外,石墨烯具有載流子遷移率高、力學(xué)性能強、物理和化學(xué)穩(wěn)定性好等 優(yōu)異性能,是一種優(yōu)良的復(fù)合填料。
自 2004 年,英國的曼徹斯特大學(xué)的Geim 和 Novoselov首次用透明膠帶機械剝離獲得了單層的二維石墨烯,關(guān)于石墨烯物理化學(xué)性能的研究報道便層出不窮,其優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性更是獲得越來越多的關(guān)注。目前石墨烯基導(dǎo)熱材料的制備方法主要包括化學(xué)氣相沉積(CVD)、真空抽濾、涂覆等。

2. 石墨烯高導(dǎo)熱材料應(yīng)用
石墨烯導(dǎo)熱膜指以石墨烯為主體材料的新型散熱材料,其微觀結(jié)構(gòu)是由單層石墨烯堆疊而成的高定向?qū)崮ぃ址Q石墨烯散熱膜。主要應(yīng)用于中高端智能手機、平板電腦等消費電子產(chǎn)品,小規(guī)模應(yīng)用于筆記本電腦、智能可穿戴設(shè)備、ICT設(shè)備、航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域,并逐步向半導(dǎo)體封裝、新能源汽車等熱管理領(lǐng)域拓展。

石墨烯導(dǎo)熱膜應(yīng)用領(lǐng)域
自2018年首次被華為應(yīng)用于Mate20X手機后,石墨烯散熱膜逐漸被包括榮耀、努比亞、小米、OnePlus、OPPO、ROG、聯(lián)想等眾多手機廠商接受并使用,特別是在旗艦機和游戲機上,也拓展應(yīng)用到平板電腦等電子產(chǎn)品,已經(jīng)成為主流熱管理方案之一。

3. 石墨烯導(dǎo)熱材料企業(yè)分布
石墨烯導(dǎo)熱材料領(lǐng)域主要企業(yè)(排名不分先后):
Panasonic:松下成立于1918年,總部位于日本,世界500強企業(yè),全球性電子產(chǎn)品廠商,人工合成石墨材料領(lǐng)導(dǎo)者,應(yīng)用領(lǐng)域包括移動通信、新能源、汽車和醫(yī)療等。
GrafTech:Graftech創(chuàng)立于1886年,總部位于美國,世界知名的石墨電極生產(chǎn)商,在石墨材料領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位,主要產(chǎn)品為石墨電極等。
Kaneka:成立于1949年,總部位于日本,日本大型化工產(chǎn)品上市公司,主要產(chǎn)品包括化學(xué)產(chǎn)品、功能性樹脂、發(fā)泡樹脂制品、食品、生命科學(xué)、電子材料、合成纖維等。
中石科技:中石科技成立于1997年4月,已于2017年12月27日在深交所創(chuàng)業(yè)板上市。中石科技主要從事電子設(shè)備功能性材料及元件的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售與技術(shù)服務(wù),產(chǎn)品涵蓋熱管理材料、人工合成石墨材料、電磁屏蔽及IP密封材料、EMI濾波器、信號濾波器等,廣泛應(yīng)用于智能終端、通訊設(shè)備、新能源汽車、電子電力、機械制造、軌道交通等領(lǐng)域。
蘇州天脈:蘇州天脈成立于2007年,主營業(yè)務(wù)為導(dǎo)熱散熱材料及元器件的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售,主要產(chǎn)品包括熱管、均溫板、導(dǎo)熱界面材料、人工石墨膜等,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于智能手機、筆記本電腦等消費電子以及安防監(jiān)控設(shè)備、汽車電子、通信設(shè)備等領(lǐng)域。
思泉新材:思泉新材成立于2011年6月,主要從事熱管理材料、磁性材料、納米防護材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,主要產(chǎn)品為人工合成石墨散熱膜、人工合成石墨散熱片等熱管理材料,主要應(yīng)用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦、智能穿戴設(shè)備等消費電子應(yīng)用領(lǐng)域。
深圳壘石:深圳壘石成立于2012年11月,主要從事電子產(chǎn)品散熱材料的研發(fā)生產(chǎn)和銷售,主要產(chǎn)品包括人工石墨散熱膜、熱管、均溫板等,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于智能手機、筆記本電腦、智能家居、智能手表等消費電子產(chǎn)品。
碳元科技:碳元科技成立于2010年8月,已于2017年3月20日在上交所上市。碳元科技主要從事高導(dǎo)熱人工石墨膜、超薄熱管和超薄均熱板等散熱材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,主要應(yīng)用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品。
安徽碳華:成立于2018年10月,主營類石墨烯膜類產(chǎn)品,包含人工石墨高導(dǎo)膜、高絕緣導(dǎo)熱膜等絕緣導(dǎo)熱產(chǎn)品,核心技術(shù)成果來源于企業(yè)自主研發(fā)的工藝技術(shù),以及全封閉高溫處理、自動化壓延工藝和設(shè)備。
實驗測試表明,石墨烯導(dǎo)熱膜可以耐受10萬余次的彎曲,而不影響其導(dǎo)熱導(dǎo)電性能,而且,在反復(fù)折疊6000次后仍沒有斷裂。此前性能最好的GPI最多只能反復(fù)折疊3次。同時這種石墨烯膜的導(dǎo)熱率最高達到2053W/mK(瓦/米·度),接近理想單層石墨烯導(dǎo)熱率的40%,創(chuàng)造了宏觀材料導(dǎo)熱率的新紀(jì)錄。

從我國對石墨烯的政策扶持來看,鋰電池、防腐涂料、柔性電子等是國家重點規(guī)劃的方向。根據(jù)《中國制造2025重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖》,到2025年,電動汽車鋰電池用石墨烯基電極材料規(guī)模將達到萬噸級,海洋工程用石墨烯基防腐涂料將達到十萬噸級規(guī)模,柔性電子用石墨烯薄膜規(guī)模將達到上億平方米。國家政策的重點扶持使我們相信,未來這三個領(lǐng)域?qū)玫礁鼉?yōu)先發(fā)展的機會,是石墨烯產(chǎn)業(yè)化道路上最值得關(guān)注的細分領(lǐng)域之一。
石墨烯是近年來最熱的新材料之一,石墨烯制成的薄膜也因其具有良好的透明性、導(dǎo)電性以及柔性等特點,在電子、光子及光電設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣泛,極具發(fā)展前景。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各種電子元器件日趨輕型化,微型化,高性能化,在運行的過程中不可避免的會產(chǎn)生和累積大量的熱量,如果熱量不能被及時導(dǎo)出,過高的溫度會降低芯片的工作穩(wěn)定性,增加出錯率,尤其是電子模塊與外界環(huán)境之間的過大的溫度差會形成熱應(yīng)力,直接影響到電子芯片的電性能、工作頻率、機械強度以及可靠性。所以,必須依靠性能優(yōu)異的散熱材料將器件所生成的熱量快速的散發(fā)出去。傳統(tǒng)的散熱材料主要依靠于金屬,例如銀、銅、鋁等,但是金屬材料的一些固有性質(zhì),例如密度大、耐腐蝕性差等已經(jīng)嚴(yán)重的制約了其在散熱材料方面的應(yīng)用。
由于石墨烯具備良好的導(dǎo)熱性能、快速散熱性能,因此隨著5G手機高端化發(fā)展,石墨烯導(dǎo)熱膜+均熱板將成為智能手機的主要散熱方式。
同時,石墨烯導(dǎo)熱膜的厚度不受原材料限制,與傳統(tǒng)人工石墨相比,熱通量得到了較大的提升,而且使用石墨烯制備導(dǎo)熱膜還可以擺脫對進口聚酰亞胺膜材(PI膜)的依賴,消除國際貿(mào)易對導(dǎo)熱膜產(chǎn)品的影響。
業(yè)界的投資動向及產(chǎn)業(yè)資訊均表明,石墨烯散熱膜在產(chǎn)品性能及規(guī)模化生產(chǎn)上正取得突破。石墨烯散熱膜有望在滲透率上趕超傳統(tǒng)人工石墨或PI燒結(jié)石墨膜。
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