石墨烯散熱材料研究進展

石墨烯散熱材料可用作電子元件中的散熱片。散熱片通常附著在容易發熱的電子元件表面，長期以來一直是導熱薄膜的理想選擇。本文介紹了石墨烯在導熱材料中的應用，總結了石墨烯導熱研究的成果，提出了當前石墨烯導熱研究的機遇和挑戰，展望了未來可能的發展方向。

近年來，隨著系統級封裝等新型封裝技術的快速發展，電子產品越來越薄，集成度越來越高，但這通常會導致更高的加熱溫度。過熱通常會導致設備壽命和運行穩定性顯著降低。如何實現有效散熱逐漸成為制約電子設備發展的瓶頸。高分子材料因其重量輕、絕緣性好、易加工、價格低廉等優點，在電子器件中得到了廣泛的應用。

作為電子封裝系統的重要組成部分，它們也是離熱源最近的元器件。它們主要起到承載、支撐和固定電子元器件的作用，對芯片的快速散熱起著至關重要的作用。但由于聚合物的聚合物鏈中聲子散射嚴重，本征熱導率過低，通常小于0.5，遠遠不能滿足電子器件快速散熱的要求。因此，為滿足下一代電子器件快速散熱的要求，制備高導熱材料是目前學術界和工業界的共識。

石墨烯是一種具有sp2雜化結構的含碳六元環結構，各種物理化學性質非常穩定。與銅、鋁等傳統金屬材料相比，石墨烯具有更高的面內熱導率。由于其特殊的結構，石墨烯具有較低的密度、良好的熱穩定性、高的導電性、優異的透光率和更好的機械性能。石墨烯是作為導熱材料添加成分的理想選擇。同時，石墨烯散熱材料可以作為電子元件中的散熱器，附著在容易發熱的電子元件表面，將熱源產生的熱量均勻地散發出去。其中，導熱系數高、散熱效果好的人造石墨導熱膜是聚酰亞胺薄膜經石墨化工藝得到的人造石墨導熱膜。平面方向的熱導率可達700~1950W?m-1?K-1。 10~100 μm，具有良好的導熱性。在此背景下，研究高導熱石墨烯散熱材料具有兩個重要意義。首先，由于人造石墨薄膜成本高，制備高質聚酰亞胺薄膜的難度較大，業界希望高導熱石墨烯散熱材料可以作為替代方案。其次，由于電子產品對散熱的需求越來越大，新的散熱方案不僅要求導熱膜的高導熱率，而且還要求導熱膜有一定的厚度，以提高平面內的熱通量方向。在人造石墨薄膜中，由于聚酰亞胺分子取向的程度，石墨化的聚酰亞胺導熱薄膜只有在厚度較小的情況下才具有較高的導熱率。石墨烯導熱薄膜易于制成厚的導熱薄膜（~100 μm），在新型電子器件的熱管理系統中具有很好的應用前景。