石墨烯的應(yīng)用1.石墨散熱片1.1石墨散熱片概述導(dǎo)熱石墨片(TCGS-S)也稱石墨散熱片，是一種全新的導(dǎo)熱散熱材料，具有獨(dú)特的晶粒取向，沿兩個(gè)方向均勻?qū)幔矫鎯?nèi)具有150-1500W/m-K范圍內(nèi)的超高導(dǎo)熱性能，片層狀結(jié)構(gòu)可很好地適應(yīng)任何表面，屏蔽熱源與組件的同時(shí)改進(jìn)消費(fèi)類電子產(chǎn)品的性能。其分子結(jié)構(gòu)示意圖如下：石墨散熱片(TCGS-S:ThermalFlexibleGraphitesheet)的化學(xué)成分主要是單一的碳(C)元素，是一種自然元素礦物。薄膜高分子化合物可以通過化學(xué)方法高溫高壓下得到(TCGS-S)石墨化薄膜，因?yàn)樘荚厥欠墙饘僭兀珔s有金屬材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，還具有象有機(jī)塑料一樣的可塑性，并且還有特殊的熱性能，化學(xué)穩(wěn)定性，潤(rùn)滑和能涂敷在固體表面的等一些良好的工藝性能，因此，在電子、通信、照明、航空及國(guó)防軍工等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。1.2.石墨散熱片的散熱原理：典型的熱學(xué)管理系統(tǒng)是由外部冷卻裝置，散熱器和熱力截面組成。而散熱片的重要功能是創(chuàng)造出最大的有效表面積，在這個(gè)表面上熱力被轉(zhuǎn)移并有外界冷卻媒介帶走。石墨散熱片就是通過將熱量均勻的分布在二維平面從而有效的將熱量轉(zhuǎn)移，保證組件在所承受的溫度下工作。圖1TCGS-S石墨散熱片熱擴(kuò)散示意圖1.3.石墨散熱片的應(yīng)用：石墨散熱片通過在減輕器件重量的情況下提供更優(yōu)異的導(dǎo)熱散熱性能，能有效的解決電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)難題，廣泛的應(yīng)用于PDP、LCDTV>NotebookPC、UMPC、FlatPanelDisplay、MPU、Projector、PowerSupply、LED等電子產(chǎn)品。

目前石墨散熱片已大量應(yīng)用于通訊工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、SONY/DELL/Samsung筆記本、中興小米等手機(jī)、SamsungPDP、PC內(nèi)存條，LED基板等散熱等。表1TCGFS導(dǎo)然石墨與常見命屬材料導(dǎo)期性能對(duì)比材料與熱室案W.liiK導(dǎo)電系數(shù)^ixueas'tu.密度以m3鋁2002.7銅3跛*5x10'8.9<S石墾100-1500水平EOT50.7-2.1垂直一衰2石晏散熱片的物理精性我數(shù)表:別訊爪!LI測(cè)試方以巾忡TCGS-S迥試值TCGS-Sitf]試仙TCGS-S+-PET測(cè)試怕.敏j.色ColorVis-ua]囹色操色配也村質(zhì)Ahtmal大然燈墨天懋石墨ThicknessA5TMD374Mm0.2-1.00.2-1.502—15比重SpecificGnviiyASTMD?92L5fl.9-2.01.5-l.S耐帽范闈ContmiMnisuseTempEN344r-40—400-4D--—-40D-4O-+40i：i拉伸住堰Teo.5dStrengthas?F-l4900fcp715PS715PS?15PS件枳電191VohmitrRrsiEtivilyASTMD2S1CM3.CPI0umW30*10^faU>kHardnessASTMD2里0Store80SO*Rl^fLFluneRa血gUL94v-oV-0V-Q導(dǎo)熱原■救《1隹方向)CcnductlTitydixecliou)ASTMD5470w'm-k20115蛆構(gòu)系數(shù)"水平方向)Caiductiwy*horizEiuil(tirecdflcii)ASTMD547Dwm-k300-500300-1500300-1500

t溷琪布碳素材科有限公旬嚙專■ 里話二(m-52死5%丘帝)N 021-34^35319fg 手機(jī)：0B761992H2抨制：eark,mu配c：arb口n欄.￡om地址；土食市閔行區(qū)閂章窗胡號(hào)6號(hào)措3職室中國(guó)石■烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟報(bào)道:關(guān)于組團(tuán)赴西班牙參加“Graphene2015會(huì)議”的通知第五屆石墨埔國(guó)際會(huì)議(Graphane2015)將于2015年3月10-13日老西珪無畢孕巴郴市召開。^艇維2014年5月博團(tuán)赴盞國(guó)手拒了笫四屆吞墨烯國(guó)際會(huì)枚(Graphs2014)并訪問英囹、西菟牙取得圓滿成功后，將弟續(xù)級(jí)■參會(huì)，并廊訪意大利，精典等國(guó)歐洲有基坨旗覘計(jì)劃承擔(dān)單位「初多擬定的行程是2015^3月95/Xh海出發(fā)，3月18日回到上海.歷時(shí)I。無.翼于Graphene2014中國(guó)特展耽得的餐動(dòng)救果，Graphene2015會(huì)議期同伊然舉亦山國(guó)特短「木次活動(dòng)也是一個(gè)頊目合作和招商活動(dòng)■:近年來，企族艘計(jì)劃的支持下.歐洲有許弟石曜烯方福胡應(yīng)用成瑁道合在中^產(chǎn)業(yè)化.因此,聯(lián)也特別湛禎梢關(guān)投死機(jī)拘、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、俄新基地等相關(guān)人員積極報(bào).名.朦盟秘節(jié)史毓系人「摘文溢魯旻陽(yáng)酷您魚話:021^251107^3如513916015598（啄）1865710812813916015598（啄曾）石墨烯在散熱領(lǐng)域的應(yīng)用石墨烯具有極高的熱導(dǎo)率和熱輻射系數(shù)，單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)可齒300W/mK，不僅優(yōu)于碳納米管，更是遠(yuǎn)高于金屬中導(dǎo)熱系數(shù)最高的銀、銅、金、鋁等，因此石墨烯作為輔助散熱的導(dǎo)熱塑料或者膜片具有巨大的應(yīng)用前景。石墨烯導(dǎo)熱塑料的開發(fā)，可以為各種散熱需求提供性能更加優(yōu)異的新型的散熱產(chǎn)品，例如各種電子設(shè)備（女LED燈）的外殼散熱，目前國(guó)外已經(jīng)有廠家開發(fā)出了成型的導(dǎo)熱塑料并進(jìn)入市場(chǎng)。一直以來，大功率LED燈的散熱外殼基本全部為鋁，目前國(guó)內(nèi)外在積極探索采用導(dǎo)熱塑料代替。飛利浦MASTERLEDMR16新式燈具作為全球首例大功率LED應(yīng)用，其鋁制外殼已經(jīng)被帝斯曼公司開發(fā)出的StanylTC導(dǎo)熱塑料所取代，其效果不僅達(dá)到了同等級(jí)的散熱目的，而且整個(gè)燈具更輕，耐腐蝕。而石墨烯導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱率可從普通塑料的0.2W/mK提高至5-15W/mK，且抗腐蝕，已有BlueStone等公司開發(fā)出采用石墨烯導(dǎo)熱塑料的大功率LED產(chǎn)品，并顯示了優(yōu)異的散熱性能。另一方面，石墨烯制成的散熱膜散熱性能會(huì)大大優(yōu)于石墨片，實(shí)測(cè)的熱導(dǎo)率可達(dá)到1000W/mK以上，同時(shí)膜片具有良好的柔韌性易于加工。而散熱薄膜是計(jì)算機(jī)、手機(jī)制造中的關(guān)鍵材料，比如蘋果手機(jī)目前用的散熱膜是用石墨片制成的，因此高性能的石墨烯散熱薄膜是如智能手機(jī)、平板電腦等高性能、超薄電子產(chǎn)品的理想散熱材料。石墨烯導(dǎo)熱研究取得進(jìn)展中科院山西煤化所在石墨烯柔性散熱體領(lǐng)域今年已取得兩項(xiàng)重大進(jìn)展。日前，該所系統(tǒng)研究了氧化石墨烯薄膜在炭化過程中的導(dǎo)熱性能演變機(jī)制，并獲得高性能熱還原氧化石墨烯薄膜。此前他們還與清華大學(xué)和中科院金屬研究所相關(guān)團(tuán)隊(duì)成功研制出高導(dǎo)熱石墨烯/碳纖維柔性復(fù)合薄膜。將納米石墨烯宏觀組裝形成薄膜材料，同時(shí)保持其納米效應(yīng)是石墨烯規(guī)模化應(yīng)用的重要途徑。山西煤化所與相關(guān)單位通過自組裝技術(shù)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)/功能一體化的碳/碳復(fù)合薄膜。這種全碳薄膜具有類似于鋼筋混凝土的多級(jí)結(jié)構(gòu)，其厚度在10~200um之間可控，室溫面向熱導(dǎo)率高達(dá)977W/m?K，拉伸強(qiáng)度超過15MPa。這項(xiàng)研究解決了石墨烯導(dǎo)熱應(yīng)用的難題，是石墨烯領(lǐng)域的一項(xiàng)突破。以氧化石墨烯為前驅(qū)體很容易獲得薄膜材料，但這種材料需通過熱處理才能恢復(fù)其導(dǎo)熱/導(dǎo)電性能。山西煤化所的研究結(jié)果表明，1000°C是薄膜性能轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵點(diǎn)，薄膜的性能在該點(diǎn)發(fā)生質(zhì)變。這一發(fā)現(xiàn)不僅解決了石墨烯熱化學(xué)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)科學(xué)問題，也為石墨烯導(dǎo)熱薄膜的規(guī)模化制備提供了依據(jù)。石墨烯基薄膜可作為柔性面向散熱體材料，滿足LED照明、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星電路、激光武器、手持終端設(shè)備等高功率、高集成度系統(tǒng)的散熱需求。這些研究成果為結(jié)構(gòu)/功能一體化的碳/碳復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全新視角。急速降溫手機(jī)中的石■散熱技術(shù)手機(jī)在頻繁的使用或玩游戲的情況下，手機(jī)的內(nèi)部發(fā)熱會(huì)變得非常嚴(yán)重，尤其是芯片、電池等。發(fā)熱太高一方面會(huì)導(dǎo)致握起來手感不適，另一方面手機(jī)的性能也可能會(huì)受到影響，甚至是重啟或死機(jī)。因此為了能夠讓手機(jī)熱量更快散出去，不少手機(jī)廠商都會(huì)給手機(jī)貼上石墨散熱片，也就是我們常說的石墨散熱。天然石墨的導(dǎo)熱系數(shù)約為30A700MWK合成石墨的導(dǎo)熱系數(shù)約為700T5UOWm一K散熱片也稱導(dǎo)熱石墨片，它是一種全新的高導(dǎo)熱散熱材料，化學(xué)成分主要是單一的碳(C)元素,是一種自然元素礦物。薄膜高分子化合物可以通過化學(xué)方法高溫高壓下得到石墨化薄膜，雖然碳元素是非金屬元素，但是卻有金屬材料的導(dǎo)電，導(dǎo)熱性能，還具有象有機(jī)塑料一樣的可塑性，并且還有特殊的熱性能，化學(xué)穩(wěn)定性，潤(rùn)滑和能涂敷在固體表面的等等一些良好的工藝性能，因此導(dǎo)熱石墨在中眾多領(lǐng)域都有被廣泛的應(yīng)用，包括了我們航空、國(guó)防、照片以及我們身邊的電子產(chǎn)品。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料主要是金屬材料，包括了銅、鋁、銀等，但金屬材料密度大，使用在手

機(jī)上無疑會(huì)增加手機(jī)的重量。另外從下圖中，我們也看到，在水平方向上石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為1000-1500W/mK，它在水平上的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高與銀、銅、鋁等金屬（如銀、銅、鋁的導(dǎo)熱系數(shù)分別為430W/mK,400W/mK,238W/mK）抑導(dǎo)熱系數(shù)1W加K導(dǎo)電系數(shù)sim杉ns/m密度g/cm3鋁2003?1072.7銅3806?1078.96石墨100-1500水平-2?1050.7-2.1此外，石墨散熱片還有一些金屬無法達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)，他可以非常平滑的貼附在任何平面和彎曲的表面上，并能依客戶的需求作任何形式的切割。他的貼附和切割過程都遠(yuǎn)比金屬要簡(jiǎn)單。現(xiàn)在在許多品牌都手機(jī)上我們都已經(jīng)看到石墨散熱這一技術(shù)，包括7iPhone、LG、小米、中興等。iPhone后蓋上的石墨散片iPhone在芯片上也是有石墨散熱片的芯片巳達(dá)散熱極限？使用石■烯來幫助銅導(dǎo)線散熱當(dāng)芯片行業(yè)的人談?wù)撚?jì)算機(jī)處理器的發(fā)熱量問題時(shí)，他們總是變得激動(dòng)起來。2001年，英特爾當(dāng)時(shí)的副總裁帕特?基辛格(PatGelsinger)指出，如果最新芯片的溫度上升趨勢(shì)維持不變的話，到了2005年，它們的溫度就會(huì)超過核反應(yīng)堆，而到了2015年就會(huì)超過太陽(yáng)表面。幸運(yùn)的是，這樣的發(fā)熱災(zāi)難通過降低微處理器的開關(guān)速度以及采用讓數(shù)個(gè)處理器并行的多核芯片設(shè)計(jì)得到了緩解。現(xiàn)在，半導(dǎo)體行業(yè)面臨另外一個(gè)需要解決的發(fā)熱問題。因?yàn)樾酒冃×耍B接它們的銅導(dǎo)線也必須變細(xì)。而隨著導(dǎo)線變得越來越細(xì)，它們的發(fā)熱量極大地提高了。人們已經(jīng)找到了有可能解決這種因連接導(dǎo)致發(fā)熱的方案一一石墨烯，這是一種由單層碳原子構(gòu)成的奇異材料，是熱與電的最佳導(dǎo)體。材料學(xué)家已經(jīng)把銅作為催化劑用來生長(zhǎng)其他的石墨烯。所以加州大學(xué)河濱分校的亞歷山大?巴蘭丁(AlexanderBalandin)和曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家，因石墨烯基礎(chǔ)研究獲得2010年諾貝爾獎(jiǎng)的康斯坦丁?諾沃肖洛夫(KostyaNovoselov)決定把石墨烯留在銅的表面，看看這對(duì)材料的熱性能有何影響。在發(fā)表于《納米快報(bào)》(NanoLetter)的論文中，他們寫道，銅片兩側(cè)覆蓋石墨烯而形成的三明治結(jié)構(gòu)可以把銅的散熱能力提高25%——對(duì)于芯片設(shè)計(jì)者來說這是個(gè)相當(dāng)大的數(shù)字。巴蘭丁說，石墨烯本身似乎并沒有把熱量傳導(dǎo)走。更確切地說，它改變了銅的結(jié)構(gòu)，提高了金屬的導(dǎo)熱性能。熱量在銅內(nèi)的流動(dòng)往往會(huì)被金屬的晶體結(jié)構(gòu)阻礙。石墨烯改變了這樣的結(jié)構(gòu)，使得那些障礙更加分散，從而讓熱量更容易流動(dòng)，巴蘭丁表示。已完成的研究用的是相對(duì)較厚的銅片一一遠(yuǎn)比那些計(jì)算機(jī)芯片中可以找到的銅導(dǎo)線粗。不過巴拉丁預(yù)計(jì)在更細(xì)的銅線中也存在這樣的導(dǎo)熱效應(yīng)。他目前正研究粗細(xì)和商用計(jì)算機(jī)芯片導(dǎo)線相仿的的銅一石墨烯導(dǎo)線。這是個(gè)緊迫的問題。今年，英特爾公司預(yù)計(jì)將發(fā)布采用帶有14納米晶體管的產(chǎn)品，用的是同樣尺寸甚至更細(xì)的銅導(dǎo)線。直徑10納米以下的銅導(dǎo)線不能正常工作，而可以用什么材料還不清楚。“我們還沒找到能在10納米以下工作的互連材料，”部分原因就是過熱，薩羅杰?納亞克(SarojNayak)說。他是紐約州特洛伊(Troy)的倫斯勒理工學(xué)院集成電子中心(CenterforIntegratedElectronicsattheRensselaerPolytechnicInstitute)的物理學(xué)家。總部設(shè)在加利福尼亞州圣克拉拉的半導(dǎo)體設(shè)備制造商應(yīng)用材料公司的電氣工程師馬吉德?佛德(MajeedFoad)負(fù)責(zé)幫助公司跟蹤新材料研究。他表示石墨烯的特性令人興奮，但他補(bǔ)充說，由于芯片元件日益小型化，它們對(duì)高溫變得愈加敏感。而要制造高質(zhì)量的石墨烯需要相當(dāng)高的溫度一一巴蘭丁和諾沃肖洛夫要把他們的導(dǎo)線加熱到超過1000°C。佛德說在這么高的溫度下晶體管和其他芯片元件會(huì)被分解。不過，巴蘭丁指出，也有實(shí)驗(yàn)室的研究表明，至少在實(shí)驗(yàn)室條件下，石墨烯可以在較低溫度下生長(zhǎng)。無論如何，佛德說，芯片制造商都不會(huì)急于接受石墨烯。“更換材料是非常痛苦的工作，所以我們會(huì)去擠壓現(xiàn)有材料的最后一滴性能。”很明顯，簡(jiǎn)單地把更多晶體管塞進(jìn)處理器并把更多的處理器放進(jìn)芯片中，是撐不了多久的。高端芯片內(nèi)部已經(jīng)有50到60千米長(zhǎng)的銅導(dǎo)線以及多個(gè)核心了。半導(dǎo)體行業(yè)研究聯(lián)盟(SemiconductorResearchCorporation)是位于北卡羅來納州達(dá)勒姆的行業(yè)研究協(xié)會(huì)。它的互連研究主任喬納森?坎德拉里亞(JonathanCandelaria)說，增加更多的晶體管不能像過去那樣提高性能了。解決之道可能仍是采用完全不同的架構(gòu)。設(shè)