導熱膜
關注創建者：熱管理博覽會 創建時間：2023-06-20
導熱膜的實例教程
8月21日，易成新能公告稱，為加快年產120萬m2石墨烯導熱膜新材料產業化項目建設，公司全資子公司開封平煤新型炭材料科技有限公司（簡稱開封炭素）擬投資設立控股子公司，新公司名稱擬定為河南開炭超導熱材料有限公司。
來源：百度
其中，開封炭素擬出資5850萬元，持股比例為43.33％，出資方式以前期投入的石墨烯導熱膜中試線資產、石墨烯導熱膜知識產權及貨幣出資；開封市卡爾文科技發展合伙企業（有限合伙）出資3950萬元，持股比例為29.26％，出資方式為石墨烯導熱膜知識產權、貨幣出資(其中貨幣出資200萬元)；開封時代新能源科技有限公司擬出資2600萬元，持股比例為19.26%，出資方式以前期投入的石墨烯導熱膜生產線資產作價出資；開封國順投資發展有限公司擬出資600萬元，持股比例為4.45%；開封市順發投資有限公司擬出資500萬元，持股比例為3.7%。
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公告稱，通過與開封卡爾文（清華大學技術團隊）、開封國順、開封順發（開封市政府平臺公司的子公司）共同出資設立合資公司，可充分發揮合作各方在技術、人才、資金政策等方面優勢，有利于降低投資成本和風險，為石墨烯導熱膜項目盡快達產達效奠定基礎。開封炭素根據企業自身發展需要投資設立控股子公司，有利于加快石墨烯導熱膜新材料產業化項目建設，促進石墨烯導熱膜項目科技成果轉化，符合公司戰略規劃和經營發展的需要。
1 石墨烯導熱膜
石墨烯具有本征的高熱導率，在理論計算和實驗測量中均得到了驗證。高導熱石墨烯膜作為散熱器可貼合在易發熱的電子元件的表面，將熱源產生的熱量均勻分散。研究高導熱石墨烯膜具有重要意義。
展開 來源 | Angewandte Chemie International Edition
01
背景介紹
聚酰亞胺（PI）膜具有優異的絕緣性能、力學性能、耐熱性能、耐輻射性能等，廣泛應用于高精密智能控制系統、5G通訊終端與基站等領域。但PI膜的本征導熱系數（λ）較低，無法滿足當下及未來高功率電子電氣設備快速高效的導熱/散熱需求。在研究前期，研究團隊通過調控醚鍵含量以及優化匹配熱致型液晶聚酰亞胺預聚膜（preLC-PI）的液晶區間與固化溫度制備出一種本征高導熱液晶聚酰亞胺（LC-PI）膜，其室溫下本征面內λ（λ∥）與面間λ（λ⊥）分別達到2.11 W/(m·K)和0.32W/(m·K)，且兼具優異的力學性能和耐熱性能。進一步地，采用聚乙二醇三甲基壬基醚（TMN）對“溶劑插層-超聲剝離”法制備的氟化石墨烯（GeF）進行液晶化改性（LC-GeF），再與本征導熱LC-PI基體復合制備LC-GeF/LC-PI導熱復合膜。當LC-GeF質量分數為15 wt%時，LC-GeF/LC-PI導熱復合膜室溫下的λ∥和λ⊥分別達到4.21 W/(m·K)和0.63 W/(m·K)，較本征導熱LC-PI膜的λ∥和λ⊥提升了99.5%和96.9%，也高于相同GeF用量下GeF/LC-PI導熱復合膜（λ∥=3.36 W/(m·K)，λ⊥=0.61 W/(m·K)），實現了本征高導熱與填充導熱的協同效應。
展開 在這一復合導熱膜的制備策略中，聚丙烯腈的添加比例高達50%，薄膜的導熱率和導電率分別為1282 W m-1 K-1和9.94×105 S m-1，這一熱導率甚至超過純石墨烯薄膜1201 W m-1 K-1。此外，利用石墨烯的自融合效應，該薄膜可實現4-80 μm的厚度調控。總之，該方法為石墨烯誘導非石墨化合成及天然高分子制備高導熱膜開辟道路，為高分子在石墨烯限域空間下的形態調控提供了新思路。
圖1. 高導熱柔性石墨膜的制備策略及GO對PAN的限域誘導效果
將混合的GO和PAN刮涂成薄膜，經過270 ℃熱壓和2800 ℃的高溫熱處理，實現了PAN的石墨化轉變及高導熱柔性石墨膜制備。通過對比，發現了PAN在GO誘導下可實現層狀化結構轉變及高結晶現象。
圖2. （a-d）不同含量GO對PAN限域誘導石墨化后的TEM圖像。（e）GO加入到PAN膜后，PAN的取向變化。（f-j）不同含量GO和PAN復合膜的XRD和Raman測試及其結構變化
通過GO的層間限域，發現PAN可先后實現重新取向、層狀化及高度石墨化的過程。TEM結果表明了50% GO加入后，高導熱柔性石墨膜的截面展示出高度結晶性，層間距為0.337 nm。XRD和Raman結果均顯示了在加入50% GO時，該石墨膜呈現出最優的結晶結構特點，表明了GO和PAN的協同效應對高取向、高性能石墨膜具有重要貢獻。
圖3. （a-h）不同含量GO和PAN復合膜在熱處理前后的截面形貌SEM圖像。
展開 當rGO@CN填充量為10 wt%時，復合薄膜面內導熱系數得到了顯著的提高，達到6.08 W·m-1·K-1，這主要是由于構筑了良好導熱通道以及CN與rGO之間良好的聲子譜匹配。此外，通過紅外熱成像技術探究PI/rGO@CN復合膜實際散熱效果，發現與純PI膜相比，PI/rGO@CN復合膜具有更加優異的面內熱傳遞能力。氮化碳的引入，不僅抑制了rGO導電網絡的形成，且其表面豐富的活性基團使rGO@CN與PI基體間有良好的相容性，從而避免了填料團聚，這是構筑有序導熱通路的關鍵。該研究為工業生產高導熱聚酰亞胺柔性絕緣膜提供了新的思路。
圖2. （a）PI/rGO@CN復合膜在不同填料含量下的面內導熱率；（b）PI/rGO@CN復合膜的Foygel模型擬合；（c）CN和rGO的聲子譜；（d）rGO@CN傳熱模型圖；（e）GO@CN體系的穩態溫度分布；（f）穩態條件下的能量隨時間變化曲線；（g）PI/rGO@CN復合膜的熱傳遞示意圖。
該工作得到了國家重點研發計劃、中科院STS重點項目和安徽省自然科學基金等多個項目的資助。
展開 然而，PI本體導熱系數（λ）低，無法適應當下柔性顯示器、折疊屏及柔性可穿戴設備等高效快速的導/散熱要求，嚴重影響其電子元器件的工作穩定性和使用壽命。目前，研究者大多采用填充導熱填料的方法來制備PI基導熱復合膜，但通常需要添加大量的導熱填料方可獲得較為理想的導熱性能，易使其力學性能和加工性能變差。
西北工業大學化學與化工學院顧軍渭教授“結構/功能高分子復合材料”（SFPC）課題組近期設計合成了具有熱致型液晶行為且液晶區間與固化溫度匹配的液晶聚酰亞胺預聚膜（preLC-PI），進而制備出本征高導熱液晶聚酰亞胺（LC-PI）膜。preLC-PIIV膜（IV號組分）在液晶區間內固化使其降至室溫后仍保留其液晶織構，分子鏈在微觀上有序，減少了聲子在分子鏈間的散射，顯著提升了PI膜的本征導熱性能。液晶區間內固化的LC-PIIV膜的面內λ（λ∥）與面間λ（λ⊥）分別為2.11 W/(m·K)和0.32 W/(m·K)，高于液晶區間外固化的LC-PII膜的λ∥（0.77 W/(m·K)）與λ⊥（0.15 W/(m·K)）。通過實際散熱測試與有限元模擬證明了LC-PIIV膜具有優異的導/散熱能力。此外，本征高導熱LC-PIIV膜還具備優異的力學性能和熱性能，其拉伸強度、斷裂伸長率、楊氏模量、韌性、玻璃化轉變溫度（Tg）和耐熱指數（THRI）分別高達119.0 MPa、50.3%、2.1 GPa、55.4 MJ/m3、262.4°C和329.3°C，在高集成柔性電子等高發熱量領域展現出潛在的應用前景。
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AlN)、氮化硅(Si3N4 )、氧化鈹 (BeO)；碳化硅 (SiC)、氮化硼 (BN) 等
熱沉材料：金屬/合金(半固態壓鑄件)；金剛石/銅、金剛石/鋁等復合材料，石墨/銅、石墨/鋁等復合材料，金屬基復合材料
導熱高分子：導熱塑料（PPS、PA6/PA66、PC、PP、PPA、LDPE、PEEK）、導熱絕緣塑料，導熱橡膠等
碳材料：石墨膜（PI膜）、碳納米管、碳纖維短纖、石墨烯導熱膜
冷卻管路及連接各部件等輔助散熱設備: 散熱風扇、散熱材料、增強散熱器、環境空氣交換設備;液冷核心技術與設備:包括冷板式液冷(含全液冷冷板服務器)浸沒式液冷(單相/兩相)、噴淋式液冷;冷模塊解耦設計智能溫控系統、流體分配技術;關鍵零部件如冷卻液(氟化液、礦 物油等)、冷板、泵、閥門、快接頭、換熱器;漏液檢測設備、智能傳感器、相變材料(PCM);
材料創新: 高導熱金屬材料(鋁合金、銅合金)絕緣材料、密 封材料;石墨烯導熱膜
、涂料、導熱硅脂、相變材料、散熱膜、導熱泥、導熱膜硅膠、膏、云母片、墊片、硅脂、灌封膠等;
3、散熱風扇配件：銅、鋁制品、鋁器材、散熱型材、鐵散熱片、鈑金、五金沖壓件、機箱、散熱墊、翅片管、導熱管、導熱板、散熱模塊、觸控板、風扇網罩、風機、電機、馬達、風扇自動組裝機、散熱器焊接等；
4、散熱設備：液態金屬散熱器、型材散熱器、散熱風扇、散熱模組、熱導管、插片散熱器、插針式散熱器、機箱一體化散熱器
此外，在77 K至573 K的數百次高/低溫沖擊后，該石墨烯厚膜的結構和導熱性能也表現出顯著的穩定性，確保了其在極端熱管理應用中的環境適應性。
其中，電磁屏蔽材料及器件包括導電布襯墊、導電硅膠、導電塑料器件、金屬屏蔽器件、吸波器件及軟連接等；熱管理材料及器件包括導熱界面器件、石墨片、導熱石墨膜、散熱模組、風扇、VC 均溫板、熱管、壓鑄件及液冷板等?；咎炀€及相關器件包括：基站天線、一體化天線振子、天線罩、精密注塑等；功能組件包括：無線充電模組、充電器等；防護功能器件包括單雙面膠、保護膜、絕緣片、防塵網等。
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芯片熱管理
除上述光芯片中提到的金屬基封裝材料外，芯片熱管理主要涉及風冷/水冷相關散熱材料，如液冷氟化液（氫氟醚、全氟胺、全氟聚醚等），以及基板、界面材料、底填材料相關導熱材料，如導熱硅油、導熱墊片、石墨膜、導熱凝膠、導熱相變材料等。其中目前應用較多的導熱填料可分為金屬顆粒、氧化物、氮化物（氮化硼、氮化鋁等）以及碳材料。
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
超高速高頻電子器件的持續小型化和集成化給高效熱管理帶來了重大挑戰，因為它不可避免地會增加溫度并降低可靠性。這些挑戰在復雜的操作條件下尤為明顯，例如軍事、航天器、超級計算機和其他復雜場景。在這些極端應用場景中，對熱管理材料提出了新的要求。液氮的低溫低至77 K，是一種多用途的冷源，用于核電站和航空航天
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
高導熱、高強度的柔性導熱復合材料已經成為解決高功率密度柔性電子器件散熱問題的關鍵材料。石墨烯基導熱復合材料因石墨烯本征熱導率高和獨特的二維結構，賦予其較好的導熱性能。然而復合材料中石墨烯納米片在干燥時會收縮引入褶皺，大大降低了復合材料導熱性能和力學性能的進一步提高。本文基于面內拉伸策略和溶膠
目前消費電子產品常用的熱管理解決方案包括以下幾種：散熱器（Heat Sinks）；熱界面材料（Thermal Interface Materials），其中石墨烯導熱膜占據主要地位；熱管（Heat Pipes）；真空腔均熱板VC（Vapor Chamber）；風扇和冷卻系統（Fans and Cooling Systems），這些熱管理解決方案通常結合使用，以滿足消費電子產品對于熱量管理的需求。
(a)使用簡易夾心裝置加熱前后的薄膜紅外圖像，(b)裸玻璃片和夾膜玻璃片的溫度曲線，(c)加熱3min時樣品的最終表面溫度和溫控差，(d)不同HTPs含量下FTPU?HTPs膜的導熱系數。
圖6.
