石墨烯導熱材料
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
石墨烯導熱材料的實例教程
石墨烯具有目前最高的理論熱導率，該材料在導熱散熱領域方向有著極大的潛力。采用石墨烯作為導熱填料制備的熱界面材料，以及制備的石墨烯散熱膜都成為了熱管理材料領域核心材料。
石墨烯導熱膜是多學科交叉、復雜的系統工程。第一，步驟繁瑣、工藝路線長、工藝控制點多。首先將天然石墨通過氧化合成做成氧化石墨烯，然后再把它組裝成氧化石墨烯薄膜。而氧化石墨烯薄膜在熱穩定化、石墨化后，還要進行分級致密化，才能做成高柔韌性、高密度的導熱膜。在該材料制備過程中工藝條件較苛刻、材料構效關系復雜。終端用戶對材料的要求是全方位的（例如模切、背膠、覆銅封裝等）。并且，多個技術指標需達到均衡，再加上技術指標之間相互制約、影響等，這些都為石墨烯導熱膜的制備增加了難度。未來突破技術壁壘降低成本是重點的發展方向之一
2 石墨烯導熱膜的應用
現階段石墨烯導熱膜主要應用于手機、平板電腦、音響、耳機、電子穿戴等消費電子行業、通訊基站行業、醫療領域、汽車電子和數據中心等領域。
來源：百度
目前國內外從事石墨烯導熱材料生產和開發的企業有中石科技、墨睿科技、寶泰隆、杭州高烯科技有限公司、富烯科技、蘇州天脈、碳元科技、深圳壘石、上海利物盛企業集團有限公司、泰興摯富新材料科技有限公司、江蘇斯迪克新材料科技股份有限公司、道明光學、深圳市深瑞墨烯科技有限公司、中科悅達（上海）材料科技有限公司、武漢漢烯科技有限公司、星途（常州）碳材料有限責任公司、佛山市晟鵬科技有限公司、深圳稀導技術有限公司、Panasonic、GrafTech、Bergquist、Laird等。作為國家政策重點支持的新材料之一，石墨烯導熱材料下游行業需求仍在快速增長，未來市場空間廣闊。
展開 雖然理論上單層石墨烯性能出眾，但當將其加工為宏觀材料時，導熱性能卻顯著降低。這是由于在制備片狀材料過程中的前期反應、組裝以及后處理都會引入較多缺陷，導致聲子散射嚴重，熱傳導受阻。到目前為止，國內外多個研究團隊都開展了石墨烯導熱材料的制備研究，并取得了重要的研究成果。
本文簡要綜述了石墨烯基薄片及其復合材料的最新研究進展，總結并討論了石墨烯晶粒的橫向尺寸、缺陷，石墨烯基薄片的厚度和密度以及熱處理工藝等影響導熱性能的主要因素，最后，對目前制備高導熱石墨烯薄膜過程中存在的問題和發展趨勢進行了評述，以期為未來石墨烯基熱管理材料性能的提高提供指導。
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石墨烯基導熱材料
自 2004 年，英國的曼徹斯特大學的Geim 和 Novoselov首次用透明膠帶機械剝離獲得了單層的二維石墨烯，關于石墨烯物理化學性能的研究報道便層出不窮，其優異的導電和導熱性更是獲得越來越多的關注。目前石墨烯基導熱材料的制備方法主要包括化學氣相沉積（CVD）、真空抽濾、涂覆等。本節將總結目前制備石墨烯基導熱材料的主要方法，并分析未來進一步提高性能的主要途徑。
1.1 少層石墨烯導熱薄膜
CVD 因具有可控、高質量生長石墨烯的優點而引起國內外關注，據報道石墨烯薄膜可在多個襯底上生長，如 Fe、Cu 和 Ni、Pt 等。例如美國萊斯大學的 Lou 和佐治亞理工學院 Zhu 等通過 CVD 方法制備了石墨烯，并對其進行了原位納米力學測試，發現斷裂應力大大低于石墨烯的固有強度。
展開 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-凝膠-薄膜轉換法制備了消除石墨烯納米片褶皺的復合膜，提高了了石墨烯納米片沿面內方向的取向度，并進一步增強了石墨烯納米片與基體之間的界面相互作用。制備的復合膜具有高熱導率(146 W/mK)、高拉伸強度(207 MPa)和高熱穩定性的優點，使其能夠作為熱管理材料有效冷卻柔性電子設備。石墨烯基導熱復合材料可作為高效熱管理材料用于冷卻高功率電子器件。然而，將柔性石墨烯納米片組裝成宏觀導熱復合材料時，在基于溶液的自發干燥過程中，毛細管力誘導石墨烯納米片向內收縮形成褶皺，從而大大降低了復合材料的熱導率。
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成果掠影
近日，南京大學姚亞剛團隊針對高功率器件的散熱所使用的導熱復合材料取得最新進展。通過對具有氫鍵和π-π相互作用的石墨烯納米片/芳綸納米纖維(GNS/ANF)復合水凝膠網絡進行平面內拉伸，抑制了石墨烯納米片在干燥過程中由于毛細作用力導致的向內收縮，消除了石墨烯納米片的褶皺并使之在平面內高度取向排列，從而產生了快速的面內熱傳遞通道。消除了石墨烯納米片褶皺的復合膜(GNS/ANF-60 wt%)具有高熱導率(146 W/mK)和高拉伸強度(207 MPa)，這些優異性能的結合使GNS/ANF復合膜能夠有效地用于冷卻柔性LED芯片和智能手機，在柔性電子設備的熱管理中顯示出廣闊的應用前景。
展開 目前，柔性熱界面材料(TIMs)作為TIM被用在芯片散熱的應用中。在實際應用中，熱導率和結構穩定性是TIMs的兩個重要參數。優異的結構穩定性是保證高導熱TIMs在復雜體系中長期運行的前提。傳統的TIMs大多采用硅酮基體和導熱填料的復合材料，但這種基體存在固有的工作溫度范圍窄(<150 ℃)、機械回彈性差等問題限制了材料應用。利用純碳基TIMs是一種新興的方法，可以提高導熱性，并在大范圍的工作溫度下實現結構穩定性。然而，絕大多數碳基TIMs在變形時的可恢復性較差，甚至不具有變形性，這極大地限制了其實際應用。
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成果掠影
近期，浙江大學高超教授、徐震教授和劉英軍教授以及龐凱博士后共同在高導熱TIM材料的制備取得新的成果。該團隊采用水塑性泡沫(HPF)和界面強化方法制備了碳基石墨烯泡沫材料(GFR)作為柔性TIM。氧化石墨烯(GO)的浸漬增強了GFR內部的界面鍵合，使其具有優異的結構完整性。它可以在60%的壓縮應變下保持10,000次循環后的機械穩定性，并能夠維持高達500°C的高溫，這在以前的報道中從未實現過。該團隊證明了GFR-TIM不僅具有很高的結構穩定性，而且具有比大多數商用TIMs (5-10 W/mK)更高的導熱系數(~17.42 W/mK)。GFR-TIM可以作為CPU的高效散熱組件，與商用TIM相比，其散熱效率更高。該項工作提供了一種先進的石墨烯基TIM，具有優異的環境適應性和抗疲勞性能，擴大了其在極端環境中的應用，如高超聲速飛行器、高通量衛星和大功率雷達系統。
展開 具有高焓值的有機相變材料（PCM）是理想的儲熱和放熱材料，有望促進熱能利用，緩解能源短缺問題。然而，普通有機相變材料固有的吸光性差、導熱性差、形狀穩定性弱等缺點嚴重制約了太陽能的吸收、轉化和利用。近日，北京化工大學李曉鋒教授、于中振教授團隊通過在 2800 °C 下進行單向冷凍、凍干、碳化和石墨化，首次設計出了由預氧化聚丙烯腈（OPAN）/氧化石墨烯（GO）成分制成的高質量各向異性石墨烯氣凝膠。GO成分能有效地誘導OPAN成分的取向和石墨化，并在石墨化過程中將其轉化為石墨碳。在用石蠟進行真空輔助浸漬后，得到了一種最佳的導熱相變復合材料（PCC），在石墨烯含量為1.07 Vol%的低水平下，其通面導熱系數提高到了4.36Wm
-1K
-1，形狀穩定性得到改善，潛熱保持率高達99.7%。得益于出色的光吸收和太陽-熱轉換能力，PCC在太陽-熱-電能量轉換應用中非常高效，在5kWm
-2 的模擬太陽光照射下，輸出電壓高達1181mV。通過釋放存儲在PCC中的熱能，即使在太陽光停止照射后，它也可以繼續為LED燈供電。這項工作為制造具有高潛熱保持率的導熱PCC提供了一種可行而有效的方法，用于高效的太陽能-熱能-電能轉換。相關研究成果以“High-Quality Anisotropic Graphene Aerogels and Their Thermally Conductive Phase Change Composites for Efficient Solar–Thermal–Electrical Energy Conversion”為題發表于《ACS Sustainable Chem. Eng.》。
圖1.（a） PG氣凝膠及其石蠟相變復合材料的制造示意圖。
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石墨烯導熱材料的相關專題、標簽、搜索
石墨烯導熱材料的最新內容
、導熱石墨材料、石墨散熱膜、石墨化薄膜等
?導熱散熱材料?：導熱粉體（氧化鋁、球鋁等）、石墨烯薄膜、液態金屬導熱片、相變材料、導熱硅脂、灌封膠等
?散熱風扇配件?：銅鋁制品、散熱型材、風機、電機、風扇自動組裝設備等
?散熱設備?：液冷系統、熱管散熱器、CPU/IGBT散熱器、水冷散熱器、液態金屬散熱器等
?分析與檢測?：激光導熱儀、導熱系數儀、熱物性測量設備等
?加工設備?
氮化鋁 (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
█展品范圍：
1、導熱散熱石墨：石墨烯、導熱石墨材料、石墨散熱膜、石墨化薄膜、導熱石墨、石墨散熱片、石墨膜、石墨絕緣膜、石墨膜卷材及相關設備等;
2、導熱散熱材料：離型膜、氧化鋁、球形氧化鋁、氫氧化鋁、球鋁、角鋁、氫鋁、微硅粉、氧化鋯、導熱粉體、石墨烯粉體、導熱膜、石墨烯薄膜、納米材料、納米碳材料、液態金屬導熱片、硅膠片、塑料、絕緣材料、界面材料、雙面膠、基板、導熱矽膠布、膠帶、碳納米管、金剛石
Mater. 2022, 34, 2201867）；
基于剪切印刷術的高導熱石墨烯復合材料（Adv. Mater. 2023, 35, 2300077）；
面向極端熱管理的高導熱石墨質膜（Nano-Micro Lett. 2024, 16, 58; Adv. Funct.
來源 | Nature Communications
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背景介紹
氣凝膠、泡沫和海綿等多孔材料具有許多獨特的機械、熱學、電學和化學性能，在隔熱、吸附、傳感器、催化、儲能等方面具有廣闊的應用前景。各種柔性多孔材料，包括可壓縮的、可彎曲的和可拉伸的多孔材料，已經通過優化它們的多孔微結構而得到廣泛的研究。其中，可拉伸氣凝膠和泡沫尤其具有吸引力，因為它們在柔性應變
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。
來源 | ACS Applied Nano Materials
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背景介紹
隨著無線通信平臺和便攜式電子產品向高集成度、小型化、輕量化、高功率密度方向快速發展，全球電磁輻射污染日益嚴重。嚴重的電磁干擾(EMI)不僅會干擾電子設備的正常工作，而且會對人體健康和其他生物系統產生不利影響因此，人們致力于通過制造各種具有獨特結構特性的電磁干擾屏蔽材料來緩解電磁輻射問題
石墨烯材料因在平面的二維方向具有良好的熱導率，將其與散熱器表面相結合，能充分發揮其在熱擴散方面的作用。石墨烯在平面方向高達5 300 W /(m·K)的熱導率，可有效傳導溫度，消除熱點，快速降低結溫。
但由于石墨烯從襯底轉移而不破壞晶格結構相對困難，因此CVD石墨烯薄膜作為導熱材料的應用仍然存在障礙。
1.2 還原氧化石墨烯薄膜
雖然單層或多層石墨烯表現出良好的面內κ，但在沒有襯底的情況下直接應用在熱點上仍然存在障礙。因此，人們在石墨烯或氧化石墨烯片的組裝方法上付出了很大的努力，以獲得獨立的氧化石墨烯薄膜。
近日，工業和信息化部、國務院國資委發布“關于印發前沿材料產業化重點發展指導目錄（第一批）的通知”，本批指導目錄收錄了15種前沿材料，其中高性能氣凝膠隔熱材料、石墨烯、液態金屬列入其中。
前沿材料代表新材料產業發展的方向與趨勢，具有先導性、引領性和顛覆性，是構建新的增長引擎的重要切入點。據了解，本次列入目錄材料是已有相應研究成果，具備工程化產業化基礎，有望率先批量產業化的前沿材料
