中國粉體網訊 石墨烯擁有優異熱學性能，單層石墨烯擁有高達5300W/(m∙K)的導熱系數。以石墨烯導熱膜為代表的石墨烯散熱材料是當前熱管理領域最具有前景的新型散熱材料之一，是工信部鼓勵首批次示范應用的前沿新材料。
來源：富烯科技
石墨烯導熱膜的應用
目前在導熱散熱領域中，被廣泛研究的石墨烯散熱材料類型包括石墨烯導熱膜、石墨烯導熱高分子復合材料、石墨烯基金屬復合材料、石墨烯散熱涂層等。
用石墨烯材料制備的導熱膜，與傳統人工石墨導熱膜相比，具有理論導熱率高、膜厚可調，柔性耐彎折等優勢，重要的是石墨烯材料資源自主可控，已成為當前導熱材料中熱門材料之一。
石墨烯導熱膜作為終端產品散熱的重要組件，主要作用是通過自身較高的散熱性能將元器件及設備的熱量散出，防止設備過熱而引起工作效率降低甚至設備損壞。
石墨烯導熱膜具備高熱導率、輕量化、柔韌性好等特性，已在中高端智能手機、平板電腦等消費類電子產品散熱領域實現了大規模的商業化應用，未來有望成為折疊屏智能手機、智能可穿戴設備等細分領域的主流散熱方案。
此外，航空航天領域對散熱材料的輕量化、高導熱率等要求十分嚴苛，“宇航級”石墨烯導熱膜已經成功實現應用；全球互聯網數據流量不斷增長拉動 ICT設備需求，石墨烯散熱材料應用潛力逐步顯現；芯片功率密度持續提升，催生對高導熱熱界面材料的需求。石墨烯導熱膜逐步向半導體封裝、新能源汽車等熱管理領域拓展。
石墨烯材料在熱管理領域的應用潛力
高性能石墨烯導熱膜的產業化需要跨越兩大技術障礙
目前學術界和產業界針對高性能石墨烯導熱膜產業化的研究，主要沿著三個方向：（a）提高石墨烯導熱膜的面內方向熱導率；（b）提高石墨烯導熱膜的厚度，擴大導熱通量，同時保持良好的熱傳導性能；（c）有效成本控制下的宏量制備。針對高性能石墨烯導熱膜產業化而言，主要需要克服兩大關鍵技術障礙：
①高定向組裝石墨烯導熱膜的規模化制備技術
有效成本控制下的規模化制備是新材料從實驗室到市場的前提，行業內通常采用高溫熱還原氧化石墨烯膜的方式制備石墨烯導熱膜。
富烯科技石墨烯導熱膜生產工藝流程
氧化石墨烯的高定向自組裝是實現石墨烯膜高導熱性能的核心，而單層率超過90%的氧化石墨烯微片是實現高定向自組裝的關鍵。
一方面，氧化程度更高的氧化石墨烯前驅體，更容易被解離為高單層率的氧化石墨烯微片，從而能夠帶來取得良好的分散效果以及更好的高定向組裝效果，但是會帶來更高的氧化成本。
另一方面，高單層率的氧化石墨烯漿料由于氫鍵的作用容易發生團聚，需要降低固含量才能實現均勻分散，以滿足涂覆工序和實現高定向組裝的要求，然而低固含漿料不易涂覆成理想厚度的GO膜，將嚴重降低涂覆效率，并且加大了干燥難度，從而導致制造成本大幅增加。雖然可以通過添加分散劑或表面處理劑來提升漿料固含，但會引起漿料粘度的顯著提升，使其流動性差，導致無法輸送、難以涂覆。
因此，氧化石墨烯漿料所要求的良好分散性與石墨烯原材料的高氧化成本，石墨烯薄膜的高定向組裝性與涂覆、干燥過程中的高工藝成本，成為影響高性能石墨烯薄膜規模化制備經濟性的兩個主要矛盾及其產業化過程的重大技術障礙。
②石墨烯導熱膜的結構修復與熱導率提升技術
盡最大可能修復石墨烯膜中微觀結構的缺陷，是提高石墨烯膜導熱性能的關鍵。將單層石墨烯中的優異熱導率有效保留到數百微米厚度（百萬層）薄膜中，是在產品中發揮石墨烯熱導率的核心要求。在石墨烯高定向組裝的基礎之上，盡最大可能修復石墨烯中微觀結構的缺陷，使之在單層面內恢復理想石墨烯結構，但在層間盡可能降低相鄰石墨烯片層對于熱導的散射與影響，需要對石墨烯的結構修復工藝進行精確控制，并深入理解材料處理工藝與產品最終性能之間的關系。
石墨烯導熱膜行業發展態勢
2018年石墨烯導熱膜在智能手機領域實現商業化應用，標志著以石墨烯主體材料的商業化應用案例首次落地，拉開了國產高端智能手機應用石墨烯散熱方案的序幕。隨后榮耀、小米、OPPO等手機終端廠商，相繼推出了采用石墨烯導熱膜散熱方案的旗艦機型。
隨著石墨烯導熱膜在智能手機、平板電腦領域的規模商業化應用，石墨烯導熱膜已初步形成由上游原材料到下游終端應用的完整產業鏈，但行業仍處在產業化初期階段，國內具備石墨烯導熱膜量產能力的企業較少。
目前，富烯科技、深瑞墨烯、墨睿科技已實現一定規模的銷售。此外，A股上市公司道明光學、錦富技術、寶泰隆等對石墨烯導熱膜領域進行了布局。
石墨烯導熱膜領域主要公司情況
小結
石墨烯散熱材料憑借其優異的導熱性能，無論作為自支撐導熱膜，還是作為導熱界面材料，都有望在下一代電子元件散熱應用中繼續發揮重要價值，在電子器件、信息技術、國防軍工、新能源汽車等領域具有良好的應用前景。預計石墨烯導熱膜的市場規模在未來兩到三年內有望達到23億美元。
參考資料：
常州富烯科技股份有限公司招股說明書
團體標準：高導熱膜用石墨烯材料應用指南
富烯科技、深瑞墨烯、墨睿科技等公司官網
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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