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石墨烯在导热散热领域的应用

日期:2019-07-27 10:55   作者:网络  浏览:58
     石墨烯自从被发现以来,因其优异的性能,在工业领域中拥有极佳的应用场景和无可比拟的地位,被称为“新材料之王”。目前,石墨烯产业研究发展方向是围绕国家对新一代显示器件、大健康、环保、高端制造等战略性新兴产业的需求,不断拓展新兴产业领域的应用,其在导热、散热领域的应用就是其中的前沿方向之一,下面小编带你了解一下石墨烯导热塑料的应用。
 
     电子元器件的热量管理对信息和智能社会的发展无疑十分关键。信息技术快速发展使得芯片功耗显著增大,热量管理成为其中至关重要的核心环节。热量导出快慢决定了芯片是否可以正常运行。具有高导热能力的散热薄膜是这方面的关键材料,是实现高效率热量管理的有效手段。据权威市场研究机构统计预测,2022年全球散热界面材料市场将达13.43亿美元。因此,发展高性能、低成本散热薄膜材料已经成为关系未来消费电子、信息技术乃至人工智能等许多领域的关键。安德烈·海姆说过:“石墨烯导电导热率高,化学结构又十分稳定,是一种很理想用于导热散热的新型材料”
 
石墨烯导热塑料


一、石墨烯手机散热:

     手机散热一直是困扰手机发展的一大问题。现在,主流的手机内部散热方式是石墨散热。石墨散热片通过将手机发热的中心温度分布到一个大区域,以便均匀地散热。部分金属外壳的手机还增加了金属背部散热。但是手机温度一旦高于常规标准,手机就会出现卡顿、反应慢等问题,以往厂家都是通过大面积的金属背板、限制最高温度,来实现手机温度控制,效果都不尽人意。
 
     石墨烯散热技术与石墨片散热,名字虽然相似,但是实际性能却有天壤之别。石墨烯的导热系数为5300W/(m·K),是已知导热系数最高的材料,其散热效率远高于目前的商用石墨散热片。可以说,石墨烯是智能手机等电子产品最理想的散热材料。
 
二、石墨烯LED散热:
 
     随着科技的发展,发光二极管(LED)因高亮度、低能耗、生命周期长等优点而风靡全世界,在很多应用领域迅速取代了白炽灯和荧光灯。但是LED不会自发向外辐射热量,LED会在半导体的连接处产生大量热量,长时间的热量积累后,LED的使用寿命会迅速衰减,即使是低功率的LED也会有此问题。随着我们对LED灯及其照明设备提出更高功率的需求,如何控制LED表面的温度成为了LED大规模应用的一大挑战。由于LED灯丝灯的结构没有多余的散热结构件,只能依靠气体和外壳散热。根据热传导学3要素(传导、对流和辐射)来看,目前灯丝灯没有传导,只有对流和辐射。但是主要还是对流散热,辐射的比例很小。如果把石墨烯的技术导入到灯丝灯里,利用石墨烯的热辐射特性来增加灯丝灯的散热性,来延长灯丝灯的使用寿命。
 
     为了验证石墨烯的热辐射性能,通过在相同的铜片上涂石墨烯和不涂进行对比试验,测试黑体辐射性能,通过图像观察可以看到涂有石墨烯的片区,它的热辐射特性非常明显,没有涂抹石墨烯的区域,没有明显的热辐射特性。当把石墨烯涂在铜箔或者是铝箔表面上时,同时对比热成像实验,结果是一致的,所以石墨烯具有比较好的热辐射特性。基于试验得到的结果,将石墨烯用在灯丝的背部位置的金属基板上,LED加热产生的热量通过石墨烯把热量辐射出去,同时利用泡壳内的导热气体来实现有效的对流、降低温度。根据涂石墨烯和不涂石墨烯产品的对比,可以看到涂有石墨烯的芯片结温温度比没有涂石墨烯的结温低3~5℃,这样可以看到明显地降低芯片的结温,从而能够延长灯丝的寿命。
 
     当前,随着LED市场的逐渐成熟和竞争的逐渐白热化,如何降低成本,提高LED使用寿命,进而制造出更高性能的LED产品已经成为企业追逐的方向和目标。将石墨烯应用到LED领域,“石墨烯+LED”将为LED产业的发展带来了一个新的亮点。目前英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院研制的基于石墨烯技术的全新LED灯泡,使用寿命更长,平均价格更低,这对石墨烯在LED领域的应用起到了先河作用,清华大学和北京理工大学的相关石墨烯团队也加大了石墨烯在LED应用领域的研发。
 
     虽然石墨烯散热技术会颠覆传统的散热模式,但是想要实现其在工业产品上的应用就需要投入大量的费用和人力进行研发,所以这种技术对于研发实力弱的企业来说无疑可望而不可及的。因此加强石墨烯科研机构、生产厂商、下游厂商的合作显得尤为重要。聚焦能够解决实际问题的石墨烯导热散热膜企业,完善石墨烯导热散热膜全产业链,根据市场的需求痛点,加快产品的产业化推进速度,努力打开石墨烯导热散热产品市场化的整个产业链,为石墨烯的应用开辟新的应用方向。
 
     由于石墨烯散热技术尚未成熟,目前市场上的手机、LED散热还需基于现有的散热模式。即导热硅胶,导热凝胶,导热泥,石墨片等。东莞市高酷纳米科技有限公司在以上导热散热材料的研发,生产上都具备行业领先优势。

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