石墨烯是一種極富爭議性的材料，說它是純噱頭的人很多，但同時你不得不承認的是“它”在材料領域的應用是極富想象力的，甚至有新材料界的萬金油之稱。石墨烯在光學、電學、力學和熱學都有“特異功能”，而本文將要討論的則是石墨烯的熱管理材料才能，熱管理的主要目的就是將物體中的積聚熱迅速傳遞出去以及為需要熱的物體供應大量的熱能，而這些需求石墨烯都拿捏的穩穩的。

圖1：石墨烯散熱防腐絕緣一體化涂層（來源：中微納）

備受地球人寵愛的石墨烯

完整的單層石墨烯的導熱率為5300W/m·K，是現有材料中導熱性能最好的材料。對于含缺陷和官能團的石墨烯粉體而言，隨著制備方法的不同，其導熱系數也會略有差別，導熱率的分布范圍為800-3500W/m·K，遠高于銅、鋁等金屬材料（表1），具有將產品內部熱量均勻分散、快速傳導散發到空氣環境、減少內部熱量積聚的能力。

自2010年開始，各國爭相在石墨烯領域進行研究，尤其在關于熱性能、熱管理方面，在Web of Sciences上的石墨烯導熱、石墨烯散熱、石墨烯電熱、石墨烯熱管理等文獻信息到2020年為止文章發表數量逐年增加，對石墨烯熱性能的研究也越來越深入，就發表文章的國家和地區而言，主要以中國發表的文章數量最多，其次為美國和韓國，均為國際科技程度發展較高的國家。

圖2：全球石墨烯散熱專利分布情況

圖3：全球石墨烯發熱類專利分布情況

石墨烯的才能

石墨烯熱管理技術中，材料的應用形式除了石墨烯膜，還可采用噴涂工藝，使用基底的形狀但不局限于平面形狀，多種各異形狀均可進行加工，且基底材料包括金屬、玻璃、陶瓷多種材質，使用范圍非常廣。毫不夸張的說，石墨烯是一種可以幫助你實現360度無死角的熱管理技術的神仙材料。此外，石墨烯涂層還有抗菌、遠紅外、超薄、耐腐蝕等特點。

應用方向一：高效導熱、散熱

根據The Market for Thermal Management Technologies報告，熱管理產品在全球市場的市值預估可由2015年的107億美元成長至2021年的147億美元，年復合成長率（CAGR）為5.6%，不僅顯示熱管理是一重要產業，也代表市場上對熱管理產品的殷切需求。目前正在高速發展的新型微電子設備、光電轉化設備和醫療設備的電子器件部分正向超大集成化發展，微小的溫度增加會引起芯片的“熱崩潰”，這對熱管理效率提出了更高的要求，傳統散熱的方式可能沒法滿足這些高發熱器件的需求。

石墨烯具有優異的熱傳導特性，且熱輻射系數超過0.95，因此無論就導熱、散熱或熱管理的角度來看，從電子元件、零組件到LED，石墨烯能提供符合設計需求的產品型態，可有效改善現行散熱產品的效能。采用高散熱效率的石墨烯材料可以解決金屬因顆粒尺寸小的原因導致的晶界散熱限制熱載體自由程的問題，從而解決了超大規模集成電路散熱難題。進而在超級計算機、衛星電路、5G時代手持終端設備等高功率高集成度系統的散熱方面有廣泛的應用，還可為碳基納米集成電路的開發提供解決方案。

案例：中高端散熱器快睿，也推出了快睿c7全銅石墨烯增強版散熱器，另外固態硬盤阿斯加特也推出了石墨烯散熱馬甲的固態硬盤，據悉華為手機mate20也采用了石墨烯散熱加持。

應用方向二：加熱才能“急速升溫+遠紅外效應

石墨烯電熱膜具備電熱轉換效率高、遠紅外發射率高、加熱均一、柔性透明等特點，是一種理想的加熱體，適用于可穿戴取暖、家居取暖以及工業加熱等應用領域，具有非常廣闊的市場前景。

圖4：石墨烯電暖器VS歐式快熱爐人體熱成像

無論是水暖還是電暖產品，散熱片表面都要涂覆防銹、抗菌等多種涂層，而采用石墨烯材料具有阻隔、抗菌、導熱等多種優異性能，可以制成多功能涂料涂覆于暖氣片。特別是高導熱性，可使暖氣片的熱量快速傳遞、輻射，極大提高熱量利用效率，提升民眾的取暖感受。據某石墨烯加熱器友商稱，采用石墨烯取暖可有效降低皮膚的干燥不適感，帶給你如沐浴陽光般的溫暖。

圖5：石墨烯發熱過程釋放的遠紅外線，更是一種對人體有益的理療光線

石墨烯發熱膜的加熱機理：石墨烯發熱膜在電場作用下，會釋放大量8-15μm的遠紅外線，受體接受到遠紅外后，能量被吸收轉換為熱能，使受體溫度升高，其原理如同"陽光普照萬物"的道理是一樣的。

除了在取暖器中的應用，基于石墨烯發熱產品的研發在低溫理療及保暖服裝產品中的應用產品形態也非常豐富，理療產品包括護腰、護膝、護頸、眼罩等產品，保暖服裝包括發熱背心、發熱羽絨服等。

石墨烯的應用是極具想象力的，潛力巨大的，但受制于石墨烯材料制備成本、批量化生產能力及應用工藝技術的制約，石墨烯材料未來之路還很長~同志們還需努力~

參考資料：

1、石墨烯熱管理應用技術進展；上海烯望材料科技有限公司；田素云博士，丁古巧博士著。

2、墨小烯；篇一：石墨烯散熱，是噱頭還是黑科技。

編輯：Focus