石墨烯导热膜是一个怎样的存在?

何来的石墨烯导热膜?根本都是在忽悠!真正的石墨烯膜是通过 CVD 制备单层到多层石墨烯,热导率从 5300 到 1500W/mK,但由于厚度最大仅有 5nm,加上成本高,所以不可能用在低端产品上。由晶格振动引起的高效率的传热是因为石墨烯有非常强的 sp2 键导致的。

请问各位有了解石墨烯导热膜的吗?现在大多是用哪种石墨烯来制作导热膜啊?

听说华为、爱立信这些公司都在做手机导热膜,现实吗?优缺点是什么呢?请大神赐教~

作者:宮非
链接:https://www.zhihu.com/question/264335439/answer/279731796
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今天闲来无事试着把上次提到第二代石墨烯导热膜的数据算了一下,也来跟各位分享这些石墨膜厂商在打什么如意算盘。

石墨烯导热膜是一个怎样的存在?

根据公式:K/L=K1/L1+K2/L2,我们求出上表石墨烯-铝箔复合涂层在 XY 轴及 Z 轴的热导率,结论有三:

第一,石墨烯在 XY 轴的热导率远不如传统的 PI 石墨膜(第一代);

第二,石墨烯在 Z 轴的热导率略优于第一代石墨膜

第三,厚度越大,XY 轴的热导率越小,符合热阻公式。

首先,石墨烯在 XY 轴的热导率远不如传统的第一代石墨膜原因很简单,因为 PI 膜经高温石墨化后裂解后有序排列,成为「高顺向排列」导热复材;反观,石墨烯涂层微观下是乱序排列石墨导热膜是「各向异性」材料,面内热导率远为面外热导率的 10 倍,但金箔、铜箔、 铝箔、硅导热片都是「各向同性」材料,也就是说热导率(导热系数)在各个方向上是相同的。

石墨烯导热膜是一个怎样的存在?

其次,我们对比了第一代 PI 石墨膜在 Z 轴的热导率为 15W/mK,而第二代石墨烯铝箔涂层换算后可以做到 20W/mK,这里推判应该跟「堆叠密度」及「横向尺度」有关。这是由于石墨烯相邻片层间起到桥联作用,在基体中形成直接接触的网络,增大了接触表面积,减少了界面热阻。另外,石墨烯功能化能够提高石墨烯填料与聚合物基体的界面结合强度,减少声子散射。 密度越大表示三维网络越致密,有助于热传递路径,而横向尺度越小、越一致,则散射越少、热导率越高

最后,总厚度变大时,XY 轴热导率变小,但 Z 轴热导率却变大。前面已提到厚度越大,则热阻越大。前面提到散热好是因为铜箔的因素,原因在石墨烯的涂层几乎没有改变,大致都在 30μm 左右,经换算成表 1 也显示 Z 轴热导率变化不大,很清楚是铜箔的厚度变厚了,才使得整个石墨烯膜的 Z 轴热导率从 25W/mK 变成了 50W/mK

所以你说这是石墨烯赋予散热的改善,我不信!基本上还是金属给的优势。

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2017-12-21

下面有个疏漏可能各位读者都没有发觉,原因在我想计算单层石墨烯的体密度是多少?文献提到单层石墨烯面密度是 7.7*10e-7g/m2,而单层石墨烯厚度是 0.334 纳米,也就是 3.34*10e-10m,体密度=面密度/厚度=2.3g/cm3。其实,就接近一般碳材的密度。特此更正!但单层石墨烯透光度仅 2.3%,还是近乎透明的沒錯。

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2017-12-20

何来的石墨烯导热膜?根本都是在忽悠!真正的石墨烯膜是通过 CVD 制备单层到多层石墨烯,热导率从 5300 到 1500W/mK,但由于厚度最大仅有 5nm,加上成本高,所以不可能用在低端产品上由晶格振动引起的高效率的传热是因为石墨烯有非常强的 sp2 键导致的

现在的石墨烯导热膜都是炒概念的,第一代是「石墨」导热膜,这不过是 PI 高分子通过石墨炉高温裂解成膜片,由于取向性好,所以在水平方向之热导率高,但垂直方向之热导性普遍不佳。我很好奇这家公司怎敢写「单层」,这不是疏忽就是刻意欺瞒消费者,大家看到 12 微米的厚度,绝对不是石墨烯,这点非常明显易懂

石墨烯导热膜是一个怎样的存在?

第二代严格说来也不能称为石墨烯导热膜,所以业者称之「石墨烯复合导热膜」倒也蛮实在的。从这家公司提供的规格来看,水平方向比不上前面的石墨导热膜,但垂直方向的热导率却是提升的,这也是目前手机散热膜最新的解决方案。但明眼人都知道散热好是因为铜箔的因素。从外观是黑色及密度达 2.2g/cm3 来看,推判是用石墨涂层在铜箔上,不可能是石墨烯,因为十层以内不可能那么黑。

石墨烯导热膜是一个怎样的存在?

既然石墨烯导热膜不存在,且垂直方向的热导率是制约,目前第三代技术是直接在发热元件喷涂散热涂料,不过目前仅在试样阶段,尚无法判断未来是否可以取代现有石墨散热膜。不过可以确定的是,原先设计的膜厚通常都太薄,会造成需要多层散热膜,但层间又有热阻产生散热效果递减,这才是手机厂一直寻找替代方案的主要因素。

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