www.188betkr.com 讯散热，始终是令手机厂商头疼的一大难题。
2018年，华为公司发布了Mate20系列手机，并在Mate20X上使用了一项“黑科技”——石墨烯导热膜，华为Mate20X在多款游戏中均可达到接近满帧的表现，游戏体验极佳。据官方实测显示，1h游戏后，华为Mate20X的正反面温度分别只有37.4℃、38.1℃，明显低于三星Note 9和iPhone XS Max。这是全球第1次在手机上使用了石墨烯导热膜，之后，小米、荣耀、OPPO等手机品牌闻风而动，相继在自家高端机上采用了该“黑科技”。
除华为外，多款手机采用石墨烯导热膜
01.手机越来越怕热？
随着5G时代的到来，信息技术、人工智能、物联网等领域快速发展，单一电子设备上集成的功能逐渐增加并且复杂化，电子产品体积缩小带来功率密度迅速提升，对散热材料的散热性能及稳定性提出了更高要求。
在手机领域，5G手机朝着高性能、高集成度、高显示像素、轻薄化等方向不断演变，芯片处理器、屏幕、射频前端、摄像头、电池及充电等模块实现全面升级，散热系统决不能马虎。
手机的散热需求不断提高
此外，折叠创新已经成为智能手机发展新趋势，备受瞩目的折叠屏手机有望逐步成为高端智能手机市场的标志并逐渐普及。石墨烯导热膜因出色的柔韧性、耐弯折等特性，在折叠屏手机领域中极具应用前景，已成为折叠屏手机的理想散热材料。在堆叠空间有限的情况下，通过耐弯折石墨烯膜将转轴两侧的散热系统相连接，系统级芯片（SOC）一侧的热量可经此通道传导至散热压力更小的另一侧，由此实现更加均衡且更强的散热能力。
以往，手机中广泛应用的散热材料有石墨片、导热界面材料等，受制于其导热系数的极限，目前已经很难满足当今手机更高的散热需求。
02.石墨烯导热膜，厉害角色
2004年，Andrew Geim和Konstantin Novoselov等采用机械剥离法从鳞片石墨中剥离出单层石墨烯，宣告了“新材料之王”的问世，并揭示了石墨烯优异的电学性能、出色的力学性能、极高的导热性等新奇物理性质。
石墨烯的应用性能
石墨烯是由单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，石墨烯的热传导主要由声子贡献，石墨烯在平面方向由强化学键C-C键构成，并且由于碳原子较轻，具有极高的声速，从而在平面方向具有极高的热导率，单层石墨烯理论导热率高达5300W/(m·K)。Andrew Geim说过：“石墨烯导电导热率高，化学结构又十分稳定，是一种很理想用于导热散热的新型材料”。
石墨烯导热膜应用效果
石墨烯导热膜工作原理是以石墨烯热传导能力强的特性为基础，将电子器件内部热源点的热量迅速导向整个膜面然后散出。基于石墨烯导热膜在平面方向上的高热导率特点，可用作电子元件中的散热器，贴合在易发热的电子元件表面，实现将热源产生的热量均匀分散，达到增加散热面积，提高散热效率的效果。
手机导散热示意图
具体应用到手机上，其散热过程一般为：热界面材料用于填充芯片和VC之间的空隙，便于降低接触热阻，芯片的热量经热界面材料传输到均热板蒸发段，均热板通过相变以高通量将点热源上的热量扩散到面上或者传输到设备的冷区，并进一步将热量传输到面积较大的石墨散热膜上，并利用石墨散热膜快速均温的特点将热量最终传递至手机外部。
在石墨烯导热膜火起来之前，人造石墨膜是主流的散热薄膜，该材料是聚酰亚胺（PI）薄膜经过碳化和高温石墨化后形成的人造石墨膜。其制备工艺复杂、成本昂贵，且高质量PI薄膜和人工石墨膜生产技术仍然为美国、日本等国控制，相比之下，石墨烯散热薄膜优势明显。
03.制备工艺有讲究
一种制备石墨烯导热膜的方法为化学气相沉积法(CVD)，通过此方法制备的石墨烯散热膜的热导率可达2000W/(m·K)以上，但是由于在其制备过程中需要在高温高压条件下，制备环境苛刻，导致化学气相沉积法制备的石墨散热膜的生产成本相对较高，制约了该方法生产的石墨烯膜的实际应用。
另一种方法是以石墨烯为原料，采用多层石墨烯堆叠而成，这是石墨烯导热膜的主流制备方法。根据富烯科技招股说明书，这种方法主要包括解离分散、涂覆、热处理、压延、冲贴、模切等工序。
石墨烯导热膜生产工艺流程图
主要工序具体内容
注意，由于没经过表面处理的石墨烯具有很高的化学稳定性，不能够自组装形成宏观结构，从而无法实现实际应用。而氧化石墨烯在水中具有良好的分散性，分散后的氧化石墨烯在水中自组装成膜后，再对其进行高温热还原反应后，可以得到宏观形态下的石墨烯膜。
因而，氧化石墨烯的高定向自组装是实现石墨烯膜高导热性能的核心，而单层率超过90%的氧化石墨烯微片是实现高定向自组装的关键。一方面，氧化程度更高的氧化石墨烯前驱体，更容易被解离为高单层率的氧化石墨烯微片，从而能够带来取得良好的分散效果以及更好的高定向组装效果，但是会带来更高的氧化成本。另一方面，高单层率的氧化石墨烯浆料由于氢键的作用容易发生团聚，需要降低固含量才能实现均匀分散，以满足涂覆工序和实现高定向组装的要求，然而低固含浆料不易涂覆成理想厚度的GO膜，将严重降低涂覆效率，并且加大了干燥难度，从而导致制造成本大幅增加。虽然可以通过添加分散剂或表面处理剂来提升浆料固含，但会引起浆料粘度的显著提升，使其流动性差，导致无法输送、难以涂覆。
因此，氧化石墨烯浆料所要求的良好分散性与石墨烯原材料的高氧化成本，石墨烯薄膜的高定向组装性与涂覆、干燥过程中的高工艺成本，成为影响高性能石墨烯薄膜规模化制备经济性的两个主要矛盾及其产业化过程的重大技术障碍。
此外，在石墨烯高定向组装的基础之上，尽最大可能修复石墨烯中微观结构的缺陷，使之在单层面内恢复理想石墨烯结构，也是提高石墨烯导热膜导热性能的关键。
参考来源：
[1]富烯科技招股说明书
[2]罗文谦.石墨烯在导热散热领域的应用
[3]www.188betkr.com
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