制备技术升级迭代，石墨烯导热膜迎来发展热潮

导读：随着5G时代的来临，电子产品的消耗功率是4G的2至5倍，从而引起的发热量相对4G也将以数倍增长，这对于热界面材料和散热材料都是极大考验。5G时代，谁是最佳散热材料?

随着5G时代的来临，电子产品的消耗功率是4G的2至5倍，从而引起的发热量相对4G也将以数倍增长，这对于热界面材料和散热材料都是极大考验。5G时代，谁是最佳散热材料?

石墨烯导热膜迎热潮，华为、小米、贝特瑞等齐布局

近几年，从石墨散热、金属背板、边框散热、导热凝胶散热到热管散热，再到均热板散热等，智能手机的散热技术不断更迭，也出现多样化的散热方案。在华为和小米等品牌厂商的助推下，石墨烯散热的市场逐渐白热化。

2020年5月份，华为发布的国内首款5G平板Mate Pad Pro 5G搭载了超厚3D石墨烯散热技术，并在上半年投资了常州富烯科技（主导产品为石墨烯导热膜、石墨烯导热片等），布局石墨烯散热技术，在一定程度上引领了电子设备散热市场的发展趋势。10月，小米宣布正式完成对墨睿科技（覆盖石墨烯原料生产到导热膜制备全链条的公司）的追加投资，预计今年底将建成月产10万平的石墨烯导热膜产线。

在市场需求带动下，材料厂商道明光学2020年10月发布公告拟投资4880万元建设年产100万平方米石墨烯膜生产线。2020年12月，贝特瑞旗下石墨烯导热膜项目投产，该永安石墨烯导热膜新生产线的年产能可达40万平方米（80um厚度）。此外贝特瑞集团表示，将石墨烯材料作为公司继负极材料、正极材料之后的第三大业务板块，并在未来5-10年时间里会不断加大投入。

诚然，在5G时代，在智能手机之外，5G基站、可穿戴设备、柔性显示屏、服务器等许多领域的关键材料，在兼顾导热性能和成本的同时，对石墨烯的导热需求也越来越多。

制备技术升级迭代 石墨烯导热膜创新成果不断涌现

从石墨烯原料生产到导热膜制备，全产业链所涉及的工艺环节复杂、环保要求颇高，规模量产具有一定挑战。为推动石墨烯在电子信息散热领域的应用，推进高性能石墨烯导热膜产业化，国内做了很多的研究。

化学还原法首先从制备GO开始，将浓硫酸和发烟硝酸按照1:2的配比进行混合，将可膨石墨放在溶液中进行磁力搅拌，经过常规的氧化法制备得到GO，将GO溶液进行浓缩，一般调制到10mg/ml，随后将GO水溶液涂覆在经过表面活性处理的基底上，经过24h的烘干处理，得到GO薄膜，之后在80℃的温度下，在氢碘酸的氛围中进行还原，经过压制，得到石墨烯高导热薄膜，申佳欣等利用该方法制备出石墨烯导热膜，所得到的导热膜的导热系数能够达到600W/(m·K)，此方法降低了成本，且反应条件温和，能耗低。

涂覆还原法主要是采用了改进的Hummers方法，以天然石墨烯为原料制备GO，然后通过冷冻干燥或喷雾干燥制得氧化石墨烯颗粒，然后将GO分散液涂覆于基底板上，经过干燥，在一定的气氛中进行还原，最后得到石墨烯导热膜。冯林敏等应用此方法进行了实验，改进了工艺。制备的石墨烯导热膜，简化了压延工艺，降低了成本。对于薄膜厚度的控制有了很好的提高。

贝特瑞旗下深瑞墨烯科技有限公司的石墨烯导热膜工艺分为原材料前处理、成膜、切片、热处理、成型这几大流程。具体为：将原材料氧化石墨分散在水中得到一定固含量的氧化石墨浆料，然后通过搅拌和物理解离破碎的方式使氧化石墨浆料形成氧化石墨烯浆料；浆料之后经过涂布烘干，氧化石墨烯通过自组装形成原始的氧化石墨烯膜，然后将氧化石墨烯膜剪裁至需要的规格再进碳化和石墨化热处理得到石墨烯膜，最后将石墨化后的石墨烯膜进行压实处理得到结构致密，热导率非常高的石墨烯膜。

宁波石墨烯创新中心有限公司的郭玉芬等人将石墨纸浸泡在酸性插层溶液中进行插层处理，获得插层石墨纸；将所述插层石墨纸浸泡在酸性氧化溶液进行氧化处理，获得膨胀石墨烯纸；对所述膨胀石墨烯纸进行石墨化压延处理，获得石墨烯导热膜；应用本方法能够通过简单的制备方法获得厚度厚、热通量高且机械强度好的石墨烯导热膜。

常州第六元素材料科技股份有限公司的方钢等人采用层间键合二胺类有机物的氧化石墨烯膜作为原料，先对层间键合有二胺类有机物的氧化石墨烯膜进行低温热处理，再进行高温热处理，得到高拉伸强度的石墨烯导热膜。本发明采用层间键合二胺类有机物的氧化石墨烯膜制备石墨烯导热膜，提高石墨烯导热膜的良率和导热系数。

深圳市展旺新材料科技有限公司的张世闯等人通过氧化石墨烯溶解后的纳米分子自组装，高温碳化，石墨化，再进行压延处理，减少了石墨烯膜层间的空隙，有效提高了热导率，制备出质量稳定、散热效果优异，且柔韧性高的石墨烯导热膜。本发明通过简单的工艺步骤即可制备石墨烯导热膜，成本低廉，厚度可控，操作简单，生产效率高，适用于工业生产。

小结

随着华为、小米等头部企业持续加码石墨烯导热膜的投资与应用，必将带动其他厂商也加速在石墨烯散热材料、散热组件等领域的布局。尤其是随着5G时代的到来，产品对散热的需求进一步增加。据预测，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。经企业自主系统研发，生产技术、工艺装备的改进和突破，石墨烯导热膜创新成果涌现，产业化步伐明显加快，石墨烯导热膜未来市场前景可期。

参考资料：

孙嘉豪等.石墨烯薄膜及导热膜的研究进展

宋凌志等.高导热石墨烯薄膜的制备方法及研究进展

第一财经、集微网、挖贝网、中研网等