自石墨烯通過機械剝離被發現以來，研究者對它的關注度有增無減。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-擴散模式熱傳遞，使得石墨烯聲子的平均自由程長達775nm，在室溫下的面內熱導率高達5300W/m·K，是目前已知的材料中熱導率的極限。與此同時，石墨烯還具有密度低（<2.2g/cm3）、熱膨脹系數小、熱輻射率高、高溫穩定性好（無氧環境下耐溫可達約3000℃）、耐粒子沖擊能力強等優點，因此石墨烯可作為一種理想的可適用于極端環境的高性能熱管理材料。

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

一、石墨烯導熱膜

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

聚亞酰胺人工石墨膜生產流程

當前高導熱石墨烯膜的規模化制備一般使用氧化石墨烯作為前驅體，通過超聲分散形成均勻分布的GO水溶液后，經真空抽濾、濕法紡絲、蒸發、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。相比人工石墨導熱膜，石墨烯導熱膜除了原料便宜易得外，由于氧化石墨烯的有序堆疊，其熱導率受厚度影響也較小，更容易制備成厚度較大的導熱膜（～100μm），更好地填滿發熱器件與散熱器之間的縫隙，減小熱阻的同時，擴大導熱通量。不過，作為一種新興發展的導熱材料，當前石墨烯導熱膜的制備仍有很多關鍵技術亟待突破，例如大片徑氧化石墨烯批量合成技術、石墨烯微觀缺陷修復技術以及超厚氧化石墨烯膜快速組裝技術等。

還原氧化石墨烯法生產石墨烯散熱膜工藝流程

（來源：富烯科技）

二、導熱填料

石墨烯作為二維導熱填料，與顆粒狀的填料相比，更容易形成導熱網絡，在熱界面材料、導熱涂料中具有良好應用前景。

1、作為熱界面材料導熱填料

來源：網絡

熱界面材料是應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支撐和輔助散熱的作用。根據導熱通路理論，在熱界面材料中，其導熱功能主要依靠填料之間相互接觸而彼此連接形成的導熱通路或網絡，熱流通過聲子沿著填料形成的導熱路徑或網絡傳遞，因此，填料的形貌、本征熱導率和分布等都對熱界面材料的熱導率有著很大的影響。

石墨烯導熱墊片

相比傳統顆粒狀的導熱填料，以石墨烯作為熱界面材料的導熱填料，除了可以利用其超高的面內熱導率外，其大徑厚比的特點也更有利于三維導熱網絡的構建，在與其他維度填料復配，提高熱界面材料導熱性能方面具有極強的優勢。不過，由于石墨烯具有明顯的各向異性，如作為單一導熱填料，則需要利用剪切力、電場、磁場等使其在復合材料內發生高度取向，充分利用其優秀的面內導熱率。

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展的一個很大的瓶頸，作為一種特種工業涂料，散熱涂料可以通過增強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熱系數，也擁有極強的輻射率，其熱輻射發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揮其優異的熱傳導和紅外輻射功能，涂刷在基材表面后能大幅提升基材表面的熱輻射系數（達0.9以上），大大提升物體表面的熱交換效率，降低物體表面及內部溫度。此外，石墨烯的獨特片層結構使涂層具備更優異的防腐蝕性能，在提高產品使用壽命方面有有著很大優勢。

來源：墨睿科技

三、高導熱石墨烯纖維功能紡織品

高導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過濕法紡絲的方法有序組裝而成。其主要優勢在于同時具備良好的力學、電學和熱學性能，并且可以與紡織工藝結合，通過濕法紡絲的方法大量制備成功能紡織品。

當前，利用石墨烯的超高導熱性能，即可生產出具有保暖御寒的電加熱服，也可生產出導熱涼感紡織品。石墨烯電加熱服主要是利用石墨烯將電源的能量轉化為熱量，再結合石墨烯的超高熱導率將熱量均勻傳遞至整體，能夠保持織物輕薄、柔軟的同時，提供優良的保暖性能。而導熱涼感紡織品則是利用石墨烯的高熱導率，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。

2018平昌冬奧會閉幕式“北京8分鐘”節目中身著石墨烯智能電發熱服的演員們

參考來源：

1、宋厚甫,康飛宇.石墨烯導熱研究進展[J].物理化學學報.

2、包玉秀.導熱纖維及織物在加熱服裝中的應用研究[D].北京服裝學院.

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].科學通報.

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