石墨烯导热膜步入“宇航级”

自2018年华为Mate 20X手机首要运用石墨烯膜散热技能后，国内干流手机厂商纷繁在旗舰机型中运用石墨烯膜。据不完全统计，2020年二季度到2021年二季度，我国运用石墨烯导热膜的手机销量挨近2900万部，石墨烯膜累计用量约130万平方米。

近来，我国科学院山西煤炭化学研讨所(简称中科院山西煤化所)副研讨员孔庆强在承受《我国科学报》采访时给出上述数据。在他看来，“跟着5G智能手机浸透率的快速添加，石墨烯导热膜有望迎来爆发式增加”。

据安信证券等研讨机构猜测，到2022年，全球手机散热市场规模将超越35亿美元。为应对大功率电子器件的散热需求，中科院山西煤化所组建了以“709课题组+705课题组”为首要成员的“大兵团”，成功研制出热通量高、柔韧性好等归纳目标优胜的石墨烯导热膜，建成十吨级氧化石墨烯浆料和千平方米级石墨烯膜中试渠道，并在多款卫星中定型运用，成为我国航天科技集团、我国电科集团等单位的合格供货方。

新资料备受“热宠”

跟着5G年代的到来，智能终端对散热组件扩热才能提出更高要求，石墨烯导热膜逐步成为电子散热资料的“热宠”。

作为709课题组成员，孔庆强表明，在石墨烯导热膜逐步成为抢手散热资料之前，干流电子散热资料首要选用以聚酰亚胺薄膜为质料制备的人工石墨膜，尽管人工石墨膜面内热导率较高(1000~1500 W/mK)，但受质料膜约束，其厚度也较小(25~60μm)，“更重要的是，这些质料首要依靠进口”。

相比之下，石墨烯导热膜兼具高热导率(1000~1200W/mK)和高厚度(100~300μm)。此外，它的横向扩热才能是人工石墨膜的4倍以上。

但孔庆强指出，现在石墨烯导热膜的制备仍有许多要害技能难题亟待打破，例如大片径氧化石墨烯批量组成技能、超厚氧化石墨烯膜快速拼装技能和低成本热处理技能等。

“像石墨烯膜的制备，一般需求在2800℃以上的高温下进行石墨化处理，但现在只能选用间歇式出产工艺，不只能耗高，出产功率也很低。”孔庆强说。

满意要害范畴需求

中科院山西煤化所副研讨员、705课题组成员陶则超告知《我国科学报》，现在市场上的石墨烯导热膜首要运用于消费电子范畴，用户首要重视产品的热导率和厚度目标，运用于航天等要害范畴的石墨烯导热膜很少。

而此次中科院山西煤化所研制的石墨烯导热膜，首要运用于航天等要害范畴。这要求石墨烯导热膜除了到达杰出的热导率和厚度等中心目标外，曲折半径、可凝挥发物、辐照功用等其他十几项技能目标也要合格。“任何一个目标不合格，都会导致产品无法运用。”陶则超说。

实际上，早在2014年，中科院山西煤化所就依托多年的石墨烯研制技能，展开了石墨烯导热膜的研讨，打破了多项要害技能，并在2016年运用于要害范畴大功率电子器件中。

陶则超告知记者，此前团队首要研制的是100μm厚的石墨烯膜，而当测验将其厚度做到200μm时，氧化石墨烯膜通过炭化处理后会直接碎掉，无法再进行后续处理。

为了打破氧化石墨烯膜的炭化工艺瓶颈，研制团队首要优化了炭化的工艺参数，将良品率提高到50%。随后又改进了氧化石墨烯的组成工艺，终究处理了这项难题，一起也为后续研制300μm厚的石墨烯膜打下坚实基础。

陶则超表明，此次研制的石墨烯导热膜具有优异的归纳水平，能够到达“宇航级规范”，不只在超厚膜成型、专用浆料、细密化、热处理等要害进程具有自有技能，还申请了10项发明专利，其间4项专利现已取得授权。

“大兵团”作战

在中科院炭资料要点实验室副主任、中科院山西煤化所709课题组组长陈成猛看来，石墨烯导热膜之所以取得重要打破，与打破课题藩篱，展开“大兵团”式作战密不可分。

“针对杂乱的系统工程，整合研讨所内相关方向优势力气，打造联合攻坚团队，能充分发挥中科院体系化、建制化的优势。”陈成猛说。

早在2007年，中科院山西煤化所就开端了石墨烯的研讨。2012年，该所709课题组树立，随后完成了氧化复原石墨烯的吨级中试，中试产品销往国内外300余个用户单位，在石墨烯资料制备方面积累了丰厚的经历。

而中科院山西煤化所705课题组长时间从事炭基热办理产品的研制，先后开发了石墨扩热板、柔性均热膜、泡沫石墨、导热索等代表性热办理资料和热控产品，在多个星载电子产品热控分系统中取得接连运用。

“两个团队打破课题组的藩篱，分可独立作战，合可协力攻坚，完成了团队、技能和渠道的优势互补、快速打通‘料—材—器—用’立异链，为把握石墨烯导热膜成套中心技能发明了非常有利的条件。”陈成猛说。

实际上，中科院山西煤化所展开这种“大兵团”式研制并非第一次，此前曾运用于炭纤维和煤制油等严重技能攻关，但在石墨烯导热膜项目上仍是初次。

陶则超表明，现在团队树立的中试渠道具有年产十吨氧化石墨烯的出产才能，终究能够出产1000平米石墨烯膜，可供2.2万部手机运用，大约能满意100颗卫星的需求。

“在我国，从氧化石墨烯制备一向做到终端石墨烯膜的中试渠道仍是比较罕见的。”陈成猛告知记者，现在团队正与国内多个投资方进行对接，推进石墨烯膜技能从中试走向产业化。

“现在的中试渠道产能有限，已无法满意用户的订单需求。”陈成猛说，下一步，团队将依据市场需求，拟建造年产20万平方米高通量石墨烯膜出产线，预期可完成年产值2.7亿元。

详细而言，一期方案树立一个万平方米级工业演示线，首要瞄准满意国家严重需求的高附加值范畴，并逐步扩展产能，向消费电子范畴的旗舰机型拓宽。

陈成猛表明，除了石墨烯导热膜，团队还将依据用户需求，研制更高厚度的石墨烯扩热板和导热/储热双功用膜。

在他看来，现在我国的石墨烯研制生态和市场环境已有明显好转，也更趋于理性和务实。“在一些细分范畴，石墨烯已展示出了严重的技能和商业价值。咱们要客观公平，用耐性、仔细和恒心去看待石墨烯这一新技能，做契合科学规则和前史规则的事。”