隨著5G時代的來臨，電子產品的消耗功率是4G的2至5倍，從而引起的發熱量相對4G也將以數倍增長，這對於熱介面材料和散熱材料都是極大考驗。5G時代，誰是最佳散熱材料？

石墨烯導熱膜迎熱潮，華為、小米、貝特瑞等齊佈局

近幾年，從石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導熱凝膠散熱到熱管散熱，再到均熱板散熱等，智慧手機的散熱技術不斷更迭，也出現多樣化的散熱方案。在華為和小米等品牌廠商的助推下，石墨烯散熱的市場逐漸白熱化。

2020年5月份，華為釋出的國內首款5G平板Mate Pad Pro 5G搭載了超厚3D石墨烯散熱技術，並在上半年投資了常州富烯科技（主導產品為石墨烯導熱膜、石墨烯導熱片等），佈局石墨烯散熱技術，在一定程度上引領了電子裝置散熱市場的發展趨勢。10月，小米宣佈正式完成對墨睿科技（覆蓋石墨烯原料生產到導熱膜製備全鏈條的公司）的追加投資，預計今年底將建成月產10萬平的石墨烯導熱膜產線。

在市場需求帶動下，材料廠商道明光學2020年10月釋出公告擬投資4880萬元建設年產100萬平方米石墨烯膜生產線。2020年12月，貝特瑞旗下石墨烯導熱膜專案投產，該永安石墨烯導熱膜新生產線的年產能可達40萬平方米（80um厚度）。此外貝特瑞集團表示，將石墨烯材料作為公司繼負極材料、正極材料之後的第三大業務板塊，並在未來5-10年時間裡會不斷加大投入。

誠然，在5G時代，在智慧手機之外，5G基站、可穿戴裝置、柔性顯示屏、伺服器等許多領域的關鍵材料，在兼顧導熱效能和成本的同時，對石墨烯的導熱需求也越來越多。

製備技術升級迭代 石墨烯導熱膜創新成果不斷湧現

從石墨烯原料生產到導熱膜製備，全產業鏈所涉及的工藝環節複雜、環保要求頗高，規模量產具有一定挑戰。為推動石墨烯在電子資訊散熱領域的應用，推進高效能石墨烯導熱膜產業化，國內做了很多的研究。

化學還原法首先從製備GO開始，將濃硫酸和發煙硝酸按照1：2的配比進行混合，將可膨石墨放在溶液中進行磁力攪拌，經過常規的氧化法制備得到GO，將GO溶液進行濃縮，一般調製到10mg/ml，隨後將GO水溶液塗覆在經過表面活性處理的基底上，經過24h的烘乾處理，得到GO薄膜，之後在80℃的溫度下，在氫碘酸的氛圍中進行還原，經過壓制，得到石墨烯高導熱薄膜，申佳欣等利用該方法制備出石墨烯導熱膜，所得到的導熱膜的導熱係數能夠達到600W/（m·K），此方法降低了成本，且反應條件溫和，能耗低。

塗覆還原法主要是採用了改進的Hummers方法，以天然石墨烯為原料製備GO，然後透過冷凍乾燥或噴霧乾燥製得氧化石墨烯顆粒，然後將GO分散液塗覆於基底板上，經過乾燥，在一定的氣氛中進行還原，最後得到石墨烯導熱膜。馮林敏等應用此方法進行了實驗，改進了工藝。製備的石墨烯導熱膜，簡化了壓延工藝，降低了成本。對於薄膜厚度的控制有了很好的提高。

貝特瑞旗下深瑞墨烯科技有限公司的石墨烯導熱膜工藝分為原材料前處理、成膜、切片、熱處理、成型這幾大流程。具體為：將原材料氧化石墨分散在水中得到一定固含量的氧化石墨漿料，然後透過攪拌和物理解離破碎的方式使氧化石墨漿料形成氧化石墨烯漿料；漿料之後經過塗布烘乾，氧化石墨烯透過自組裝形成原始的氧化石墨烯膜，然後將氧化石墨烯膜剪裁至需要的規格再進碳化和石墨化熱處理得到石墨烯膜，最後將石墨化後的石墨烯膜進行壓實處理得到結構緻密，熱導率非常高的石墨烯膜。

寧波石墨烯創新中心有限公司的郭玉芬等人將石墨紙浸泡在酸性插層溶液中進行插層處理，獲得插層石墨紙；將所述插層石墨紙浸泡在酸性氧化溶液進行氧化處理，獲得膨脹石墨烯紙；對所述膨脹石墨烯紙進行石墨化壓延處理，獲得石墨烯導熱膜；應用本方法能夠透過簡單的製備方法獲得厚度厚、熱通量高且機械強度好的石墨烯導熱膜。

常州第六元素材料科技股份有限公司的方鋼等人採用層間鍵合二胺類有機物的氧化石墨烯膜作為原料，先對層間鍵合有二胺類有機物的氧化石墨烯膜進行低溫熱處理，再進行高溫熱處理，得到高拉伸強度的石墨烯導熱膜。本發明採用層間鍵合二胺類有機物的氧化石墨烯膜製備石墨烯導熱膜，提高石墨烯導熱膜的良率和導熱係數。

深圳市展旺新材料科技有限公司的張世闖等人透過氧化石墨烯溶解後的奈米分子自組裝，高溫碳化，石墨化，再進行壓延處理，減少了石墨烯膜層間的空隙，有效提高了熱導率，製備出質量穩定、散熱效果優異，且柔韌性高的石墨烯導熱膜。本發明透過簡單的工藝步驟即可製備石墨烯導熱膜，成本低廉，厚度可控，操作簡單，生產效率高，適用於工業生產。

小結

隨著華為、小米等頭部企業持續加碼石墨烯導熱膜的投資與應用，必將帶動其他廠商也加速在石墨烯散熱材料、散熱元件等領域的佈局。尤其是隨著5G時代的到來，產品對散熱的需求進一步增加。據預測，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。經企業自主系統研發，生產技術、工藝裝備的改進和突破，石墨烯導熱膜創新成果湧現，產業化步伐明顯加快，石墨烯導熱膜未來市場前景可期。

參考資料：

孫嘉豪等。石墨烯薄膜及導熱膜的研究進展

宋凌志等。高導熱石墨烯薄膜的製備方法及研究進展

第一財經、集微網、挖貝網、中研網等