石墨散熱膜是芯片散熱的標(biāo)配產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品上，更高集成度帶來更高密度熱量散熱，電子產(chǎn)品的散熱問題值得受到重點(diǎn)關(guān)注。石墨散熱膜增加散熱效果的主要途徑有：①熱量通過平面內(nèi)快速傳送到機(jī)殼與框架；②表面增強(qiáng)紅外線福射效果；③擴(kuò)大平面散熱面積，迅速消散熱點(diǎn)。石墨散熱膜可有效提高移動設(shè)備的熱量轉(zhuǎn)移效率，有效消除熱點(diǎn)聚集，加速散發(fā)熱量，減低表面溫度，可大大降低設(shè)備性能不穩(wěn)定及發(fā)燙等不良體驗(yàn)。

目前，制備高導(dǎo)熱石墨膜的技術(shù)路線主要有：膨脹石墨壓延法、PI類薄膜碳化-石墨化法、石油焦/煤瀝青碳化、氣相沉積法等。不同的工藝路線制備出來的散熱石墨膜有啥特點(diǎn)呢？下文一起來看看~~

石墨散熱膜是電子設(shè)備散熱系統(tǒng)中常見的材料種類

1、膨脹石墨壓延法導(dǎo)熱膜

膨脹石墨（柔性石墨）壓延法以天然鱗片石墨為原料，通過酸化處理進(jìn)行插層化學(xué)反應(yīng)，再經(jīng)水洗、干燥和高溫膨脹獲得高倍膨化的石墨蠕蟲，最后經(jīng)壓延、壓制工藝制得高導(dǎo)熱柔性石墨。目前，采用壓延機(jī)可以批量制備高導(dǎo)熱柔性石墨薄板，其室溫面向熱導(dǎo)率根據(jù)板材厚度不同在200~700W·m^-1·K^-1范圍可調(diào)。由于這種材料無需高溫石墨化處理、制備工藝相對簡單、制備成本較低，因此不僅可以作為高溫密封材料，還可以作為電子器件/熱沉間的界面散熱墊片。此外，較薄的石墨片具有一定的柔韌性，可以彎曲收卷存放，使其低成本工業(yè)化生產(chǎn)得到加速。

0.13mm（130μm）天然石墨片，導(dǎo)熱系數(shù)：400W/mk，密度：1.5g/cm3

經(jīng)過化學(xué)氧化后的膨脹石墨的石墨結(jié)晶程度和微晶取向下降，導(dǎo)致制成的柔性石墨材料導(dǎo)熱性能下降；同時(shí)，材料微晶片層之間僅在外力作用下相互擠壓堆疊，其機(jī)械強(qiáng)度主要來自片層與片層之間的內(nèi)摩擦力和剪切力，因此拉伸強(qiáng)度較低。天然石墨散熱膜不能做很薄，厚度一般從0.1mm至1.5mm隨著厚度增加，導(dǎo)熱能力有所下降。（有產(chǎn)家介紹自己的天然石墨膜產(chǎn)品可以做到厚度為0.025mm，即25μm），這種方法的原料來源與天然石墨鱗片，因此也有稱之為天然散熱石墨片的。當(dāng)然膨脹石墨又稱柔性石墨，因此柔性石墨片也是它。

卷狀柔性石墨片及其生產(chǎn)線（NihonCarbon公司）

TIPS：可膨脹石墨&膨脹石墨：

可膨脹石墨是天然鱗片石墨經(jīng)過氧化、插層處理，使石墨片層中插入異種物質(zhì)而形成的一種石墨層間化合物，目前，在工業(yè)上制備可膨脹石墨，化學(xué)氧化法應(yīng)用的最多，其次為電化學(xué)法。采用化學(xué)氧化法制備可膨脹石墨的主要工藝是向天然鱗片石墨中添加氧化劑和插層劑溶液。在強(qiáng)氧化劑條件下，石墨邊緣被氧化失去電子而帶正電荷，性正電荷相互排斥導(dǎo)致石墨層邊緣間距變大，因而插層劑能有效地進(jìn)入石墨層間進(jìn)行插層反應(yīng)，形成層間化合物。膨脹石墨是由可膨脹石墨在高溫條件下受熱體積快速膨脹而形成的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質(zhì)。

膨脹石墨電子顯微鏡照片

2、聚酰亞胺（PI）類薄膜熱處理法導(dǎo)熱膜

很早以前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)通過將聚酰亞胺(PI)在惰性氣氛下加壓碳化、并經(jīng)2800-3200℃的石墨化處理可制做石墨，所制產(chǎn)品具有與高定向熱解石墨類似的沿膜表面高度擇優(yōu)取向的石墨層，且結(jié)晶度高，這種方法比熱解法制備石墨具有更簡單的制備工藝，極大的促進(jìn)了石墨作為散熱材料的發(fā)展。PI類薄膜碳化-石墨化法在制備具有高熱導(dǎo)率的高結(jié)晶性和高取向性石墨膜方面更有優(yōu)勢，PI類薄膜熱處理法制備的導(dǎo)熱膜材料拉伸強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)比較完整，晶型結(jié)構(gòu)缺陷低，碳原子有序程度高，導(dǎo)熱率系數(shù)在1400-2000W·m^-1·K^-1，此外，在厚度方面，這種工藝路線可以制取散熱膜可以薄至0.01mm（10μm）的，在手機(jī)輕薄化散熱設(shè)計(jì)上有著不錯(cuò)的表現(xiàn)。

工藝路線參考：

將PI膜送入碳化爐中，以1100℃-1300℃的加熱溫度，對該P(yáng)I膜進(jìn)行加熱碳化，令PI膜碳化后形成PI碳化片，接著將PI碳化片冷卻至室溫后（約需6小時(shí)），再將PI碳化片送入石墨爐中，以2800℃-3000℃的加熱溫度，對該P(yáng)I碳化片進(jìn)行是漫畫，該P(yáng)I碳化片石墨化后形成PI石墨散熱片，之前再將該P(yáng)I石墨散熱片冷卻，冷卻至室溫后（約需6小時(shí)），以一壓延裝置壓延其厚度，使得其石墨散熱片經(jīng)壓延后，形成厚度15-30μm的石墨散熱片成品。

TIPS：碳化與石墨化啥區(qū)別？

碳化與石墨化之間的主要區(qū)別在于，碳化涉及將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為碳，而石墨化則涉及將碳轉(zhuǎn)化為石墨。因此，碳化是化學(xué)變化，而石墨化是微觀結(jié)構(gòu)變化。石墨化是利用熱活化將熱力學(xué)不穩(wěn)定的碳原子實(shí)現(xiàn)由亂層結(jié)構(gòu)向石墨晶體結(jié)構(gòu)的有序轉(zhuǎn)化，因此，在石墨化過程中，要使用高溫?zé)崽幚恚?/span>HTT）對原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供能量。為了使難石墨化炭材料的石墨化度得到提高，也可以使用添加催化劑方法，稱為催化石墨化。

3、石油焦/煤瀝青等碳化

石油焦是石油化工的副產(chǎn)品，瀝青焦是煤化工的副產(chǎn)品。所以這兩種原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)簡便，是人造石墨的主要原材料。石油焦與瀝青焦都具有一定的有序結(jié)構(gòu)，易于石墨化，因此也具有比較強(qiáng)的各向異性。

這類原料來源豐富，制備工藝相對簡單，生產(chǎn)周期較短，但能耗大，污染嚴(yán)重，導(dǎo)熱率不高，導(dǎo)熱率一般在400-600W·m^-1·K^-1，常用與低端導(dǎo)熱領(lǐng)域。

4、高定向“熱解石墨”

熱解石墨是高純碳?xì)錃怏w在一定的爐壓下，在1800℃~2000℃的石墨基體上經(jīng)化學(xué)氣相沉積出的較高結(jié)晶取向的熱解碳，高定向熱解石墨 HOPG（Highly Oriented Pyrolytic Graphite）是一種新型高純度碳，是熱解石墨經(jīng)高溫高壓處理后制得的一種新型石墨材料，其性能接近單晶石墨。

由于該材料需要在 3400~3600 ℃的高溫下加壓( 10 MPa) 制備，生產(chǎn)周期較長、生產(chǎn)成本較高，因而其應(yīng)用受到了極大限制。淘寶買不到~哪里有的賣，俺也不知道。

拓展閱讀：

各向同性石墨與各向異性石墨傻傻分不清

粉體圈編輯：Alpha

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