自石墨烯通過機(jī)械剝離被發(fā)現(xiàn)以來，研究者對它的關(guān)注度有增無減。石墨烯作為由單層碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維晶體。相比三維材料，可顯著削減晶界處的聲子的邊界散射，并賦予其特殊的聲子以彈道-擴(kuò)散模式熱傳遞，使得石墨烯聲子的平均自由程長達(dá)775nm，在室溫下的面內(nèi)熱導(dǎo)率高達(dá)5300W/m·K，是目前已知的材料中熱導(dǎo)率的極限。與此同時，石墨烯還具有密度低（<2.2g/cm3）、熱膨脹系數(shù)小、熱輻射率高、高溫穩(wěn)定性好（無氧環(huán)境下耐溫可達(dá)約3000℃）、耐粒子沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此石墨烯可作為一種理想的可適用于極端環(huán)境的高性能熱管理材料。

目前，隨著研究的不斷深入，石墨烯在導(dǎo)熱領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成果，包括通過片層間的化學(xué)鍵作用可形成石墨烯膜、作為導(dǎo)熱復(fù)合材料及導(dǎo)熱涂料的填料、制備成石墨烯纖維新型功能紡織材料等。

一、石墨烯導(dǎo)熱膜

人工石墨膜在過去很長一段時間內(nèi)都是導(dǎo)熱膜的最理想選擇，通常可用作電子元件中的散熱器貼合在易發(fā)熱的電子元件表面，將熱源產(chǎn)生的熱量均勻分散。然而由于高導(dǎo)熱石墨膜主要采用PI類薄膜碳化-石墨化法的技術(shù)路線制備，需要以高質(zhì)量的聚酰亞胺薄膜為原材料，而其研發(fā)、生產(chǎn)具有較高的技術(shù)壁壘，因此業(yè)界一直希望能夠找到其它替代方案解決原材料受技術(shù)封鎖的問題，而石墨烯導(dǎo)熱膜就是一種理想的替代方案。

聚亞酰胺人工石墨膜生產(chǎn)流程

當(dāng)前高導(dǎo)熱石墨烯膜的規(guī)模化制備一般使用氧化石墨烯作為前驅(qū)體，通過超聲分散形成均勻分布的GO水溶液后，經(jīng)真空抽濾、濕法紡絲、蒸發(fā)、刮涂等方法制備出氧化石墨烯薄膜，再利用還原劑將其還原制得。相比人工石墨導(dǎo)熱膜，石墨烯導(dǎo)熱膜除了原料便宜易得外，由于氧化石墨烯的有序堆疊，其熱導(dǎo)率受厚度影響也較小，更容易制備成厚度較大的導(dǎo)熱膜（～100μm），更好地填滿發(fā)熱器件與散熱器之間的縫隙，減小熱阻的同時，擴(kuò)大導(dǎo)熱通量。不過，作為一種新興發(fā)展的導(dǎo)熱材料，當(dāng)前石墨烯導(dǎo)熱膜的制備仍有很多關(guān)鍵技術(shù)亟待突破，例如大片徑氧化石墨烯批量合成技術(shù)、石墨烯微觀缺陷修復(fù)技術(shù)以及超厚氧化石墨烯膜快速組裝技術(shù)等。

還原氧化石墨烯法生產(chǎn)石墨烯散熱膜工藝流程

（來源：富烯科技）

二、導(dǎo)熱填料

石墨烯作為二維導(dǎo)熱填料，與顆粒狀的填料相比，更容易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，在熱界面材料、導(dǎo)熱涂料中具有良好應(yīng)用前景。

1、作為熱界面材料導(dǎo)熱填料

來源：網(wǎng)絡(luò)

熱界面材料是應(yīng)用于芯片封裝中的一種材料，一般是通過在聚合物基體中填充一定比例的導(dǎo)熱填料制備而成，其主要用于填充芯片中的空氣間隙，起到給芯片提供力學(xué)支撐和輔助散熱的作用。根據(jù)導(dǎo)熱通路理論，在熱界面材料中，其導(dǎo)熱功能主要依靠填料之間相互接觸而彼此連接形成的導(dǎo)熱通路或網(wǎng)絡(luò)，熱流通過聲子沿著填料形成的導(dǎo)熱路徑或網(wǎng)絡(luò)傳遞，因此，填料的形貌、本征熱導(dǎo)率和分布等都對熱界面材料的熱導(dǎo)率有著很大的影響。

石墨烯導(dǎo)熱墊片

相比傳統(tǒng)顆粒狀的導(dǎo)熱填料，以石墨烯作為熱界面材料的導(dǎo)熱填料，除了可以利用其超高的面內(nèi)熱導(dǎo)率外，其大徑厚比的特點(diǎn)也更有利于三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，在與其他維度填料復(fù)配，提高熱界面材料導(dǎo)熱性能方面具有極強(qiáng)的優(yōu)勢。不過，由于石墨烯具有明顯的各向異性，如作為單一導(dǎo)熱填料，則需要利用剪切力、電場、磁場等使其在復(fù)合材料內(nèi)發(fā)生高度取向，充分利用其優(yōu)秀的面內(nèi)導(dǎo)熱率。

2、作為散熱涂料的填料

散熱問題是限制輕量化高性能器件發(fā)展的一個很大的瓶頸，作為一種特種工業(yè)涂料，散熱涂料可以通過增強(qiáng)熱源表面紅外輻射率，提高物體表面的散熱速度和效率，降低材料表面溫度，在受到空間和尺寸限制的情況下，滿足器件高效散熱的需求。

石墨烯除了具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)，也擁有極強(qiáng)的輻射率，其熱輻射發(fā)射率在紅外線范圍為0.99，因此石墨烯作為熱輻射散熱涂料的填料有巨大的潛力。以石墨烯為原料制備的石墨烯散熱涂料可以同時發(fā)揮其優(yōu)異的熱傳導(dǎo)和紅外輻射功能，涂刷在基材表面后能大幅提升基材表面的熱輻射系數(shù)（達(dá)0.9以上），大大提升物體表面的熱交換效率，降低物體表面及內(nèi)部溫度。此外，石墨烯的獨(dú)特片層結(jié)構(gòu)使涂層具備更優(yōu)異的防腐蝕性能，在提高產(chǎn)品使用壽命方面有有著很大優(yōu)勢。

來源：墨睿科技

三、高導(dǎo)熱石墨烯纖維功能紡織品

高導(dǎo)熱石墨烯纖維是由石墨烯基元有序組裝排列而成的新型碳質(zhì)纖維材料，利用氧化石墨烯分散液或官能化的石墨烯分散液經(jīng)過濕法紡絲的方法有序組裝而成。其主要優(yōu)勢在于同時具備良好的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能，并且可以與紡織工藝結(jié)合，通過濕法紡絲的方法大量制備成功能紡織品。

當(dāng)前，利用石墨烯的超高導(dǎo)熱性能，即可生產(chǎn)出具有保暖御寒的電加熱服，也可生產(chǎn)出導(dǎo)熱涼感紡織品。石墨烯電加熱服主要是利用石墨烯將電源的能量轉(zhuǎn)化為熱量，再結(jié)合石墨烯的超高熱導(dǎo)率將熱量均勻傳遞至整體，能夠保持織物輕薄、柔軟的同時，提供優(yōu)良的保暖性能。而導(dǎo)熱涼感紡織品則是利用石墨烯的高熱導(dǎo)率，使得皮膚接觸紡織品后能引起皮膚表面的熱量快速流失，顯著降低體溫，為人們提供更舒適的穿著體驗(yàn)。

2018平昌冬奧會閉幕式“北京8分鐘”節(jié)目中身著石墨烯智能電發(fā)熱服的演員們

參考來源：

1、宋厚甫,康飛宇.石墨烯導(dǎo)熱研究進(jìn)展[J].物理化學(xué)學(xué)報.

2、包玉秀.導(dǎo)熱纖維及織物在加熱服裝中的應(yīng)用研究[D].北京服裝學(xué)院.

3、曾少寧,胡佳雨,張曼妮等.面向個人熱管理的降溫紡織品[J].科學(xué)通報.

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