石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面单层二维大分子。原子质量轻、简单而又强力的键接结构赋予了它超高的导热性;同时,单原子层厚度又使得其具有较好的柔性。
《中国石墨烯导热膜行业现状分析与发展前景展望报告》显示:石墨烯薄膜通常是指由化学气相沉积法(VCD)制备而成的大面积单晶或多晶石墨烯膜材料,因其透明、导电、柔性好等优点,在电子、光子及光电设备领域的应用十分广泛,极具发展前景。尤其在未来柔性电子时代,石墨烯薄膜有望大显身手。
实验测试表明,石墨烯导热膜可以耐受10万余次的弯曲,而不影响其导热导电性能,而且,在反复折叠6000次后仍没有断裂。此前性能最好的GPI最多只能反复折叠3次。同时这种石墨烯膜的导热率最高达到2053W/mK(瓦/米·度),接近理想单层石墨烯导热率的40%,创造了宏观材料导热率的新纪录。
从我国对石墨烯的政策扶持来看,锂电池、防腐涂料、柔性电子等是国家重点规划的方向。根据《中国制造2025重点领域技术路线图》,到2025年,电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料规模将达到万吨级,海洋工程用石墨烯基防腐涂料将达到十万吨级规模,柔性电子用石墨烯薄膜规模将达到上亿平方米。国家政策的重点扶持使我们相信,未来这三个领域将会得到更优先发展的机会,是石墨烯产业化道路上最值得关注的细分领域之一。
随着科学技术的不断发展,各种电子元器件日趋轻型化,微型化,高性能化,在运行的过程中不可避免的会产生和累积大量的热量,如果热量不能被及时导出,过高的温度会降低芯片的工作稳定性,增加出错率,尤其是电子模块与外界环境之间的过大的温度差会形成热应力,直接影响到电子芯片的电性能、工作频率、机械强度以及可靠性。所以,必须依靠性能优异的散热材料将器件所生成的热量快速的散发出去。传统的散热材料主要依靠于金属,例如银、铜、铝等,但是金属材料的一些固有性质,例如密度大、耐腐蚀性差等已经严重的制约了其在散热材料方面的应用。
2014年我国石墨烯导热膜行业产量为17.80万平米,2018年为745.20万平米,同比2017年增长了144.17%。
而随着石墨烯的发现,越来越多的材料学家将注意力集中在这一充满潜力的新兴材料上。石墨烯是由单层碳原子以sp杂化形成的六元环平面结构,是一种理想化的二维平面材料。由于其特殊的二维晶体结构,有着很好的机械强度、电子迁移率、高比表面积等特点。同时也有着很高的理论热导率,超过6600W/mK,是已知热导率最高的材料。而且,利用单层石墨烯的G峰的温度依赖性和拉曼散射的激光激发频率的关系计算出悬浮状态下单层石墨烯的热导率高达5300W/mK,远远高于石墨、碳纳米管等其他碳材料的热导率。由于石墨烯在片层平面内是各项同性的,在平面内的热传导不会存在方向性。因此将石墨烯用于导热领域,开发新型的导热薄膜是非常有必要,也是最有可能实现的。
最后
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