自石墨烯通过机械剥离被发现以来，研究者对它的关注度有增无减。石墨烯作为由单层碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维晶体。相比三维材料，可显著削减晶界处的声子的边界散射，并赋予其特殊的声子以弹道-扩散模式热传递，使得石墨烯声子的平均自由程长达775nm，在室温下的面内热导率高达5300W/m·K，是目前已知的材料中热导率的极限。与此同时，石墨烯还具有密度低（<2.2g/cm3）、热膨胀系数小、热辐射率高、高温稳定性好（无氧环境下耐温可达约3000℃）、耐粒子冲击能力强等优点，因此石墨烯可作为一种理想的可适用于极端环境的高性能热管理材料。

目前，随着研究的不断深入，石墨烯在导热领域的应用已经取得了显著的成果，包括通过片层间的化学键作用可形成石墨烯膜、作为导热复合材料及导热涂料的填料、制备成石墨烯纤维新型功能纺织材料等。

一、石墨烯导热膜

人工石墨膜在过去很长一段时间内都是导热膜的最理想选择，通常可用作电子元件中的散热器贴合在易发热的电子元件表面，将热源产生的热量均匀分散。然而由于高导热石墨膜主要采用PI类薄膜碳化-石墨化法的技术路线制备，需要以高质量的聚酰亚胺薄膜为原材料，而其研发、生产具有较高的技术壁垒，因此业界一直希望能够找到其它替代方案解决原材料受技术封锁的问题，而石墨烯导热膜就是一种理想的替代方案。

聚亚酰胺人工石墨膜生产流程

当前高导热石墨烯膜的规模化制备一般使用氧化石墨烯作为前驱体，通过超声分散形成均匀分布的GO水溶液后，经真空抽滤、湿法纺丝、蒸发、刮涂等方法制备出氧化石墨烯薄膜，再利用还原剂将其还原制得。相比人工石墨导热膜，石墨烯导热膜除了原料便宜易得外，由于氧化石墨烯的有序堆叠，其热导率受厚度影响也较小，更容易制备成厚度较大的导热膜（～100μm），更好地填满发热器件与散热器之间的缝隙，减小热阻的同时，扩大导热通量。不过，作为一种新兴发展的导热材料，当前石墨烯导热膜的制备仍有很多关键技术亟待突破，例如大片径氧化石墨烯批量合成技术、石墨烯微观缺陷修复技术以及超厚氧化石墨烯膜快速组装技术等。

还原氧化石墨烯法生产石墨烯散热膜工艺流程

（来源：富烯科技）

二、导热填料

石墨烯作为二维导热填料，与颗粒状的填料相比，更容易形成导热网络，在热界面材料、导热涂料中具有良好应用前景。

1、作为热界面材料导热填料

来源：网络

热界面材料是应用于芯片封装中的一种材料，一般是通过在聚合物基体中填充一定比例的导热填料制备而成，其主要用于填充芯片中的空气间隙，起到给芯片提供力学支撑和辅助散热的作用。根据导热通路理论，在热界面材料中，其导热功能主要依靠填料之间相互接触而彼此连接形成的导热通路或网络，热流通过声子沿着填料形成的导热路径或网络传递，因此，填料的形貌、本征热导率和分布等都对热界面材料的热导率有着很大的影响。

石墨烯导热垫片

相比传统颗粒状的导热填料，以石墨烯作为热界面材料的导热填料，除了可以利用其超高的面内热导率外，其大径厚比的特点也更有利于三维导热网络的构建，在与其他维度填料复配，提高热界面材料导热性能方面具有极强的优势。不过，由于石墨烯具有明显的各向异性，如作为单一导热填料，则需要利用剪切力、电场、磁场等使其在复合材料内发生高度取向，充分利用其优秀的面内导热率。

2、作为散热涂料的填料

散热问题是限制轻量化高性能器件发展的一个很大的瓶颈，作为一种特种工业涂料，散热涂料可以通过增强热源表面红外辐射率，提高物体表面的散热速度和效率，降低材料表面温度，在受到空间和尺寸限制的情况下，满足器件高效散热的需求。

石墨烯除了具有极高的导热系数，也拥有极强的辐射率，其热辐射发射率在红外线范围为0.99，因此石墨烯作为热辐射散热涂料的填料有巨大的潜力。以石墨烯为原料制备的石墨烯散热涂料可以同时发挥其优异的热传导和红外辐射功能，涂刷在基材表面后能大幅提升基材表面的热辐射系数（达0.9以上），大大提升物体表面的热交换效率，降低物体表面及内部温度。此外，石墨烯的独特片层结构使涂层具备更优异的防腐蚀性能，在提高产品使用寿命方面有有着很大优势。

来源：墨睿科技

三、高导热石墨烯纤维功能纺织品

高导热石墨烯纤维是由石墨烯基元有序组装排列而成的新型碳质纤维材料，利用氧化石墨烯分散液或官能化的石墨烯分散液经过湿法纺丝的方法有序组装而成。其主要优势在于同时具备良好的力学、电学和热学性能，并且可以与纺织工艺结合，通过湿法纺丝的方法大量制备成功能纺织品。

当前，利用石墨烯的超高导热性能，即可生产出具有保暖御寒的电加热服，也可生产出导热凉感纺织品。石墨烯电加热服主要是利用石墨烯将电源的能量转化为热量，再结合石墨烯的超高热导率将热量均匀传递至整体，能够保持织物轻薄、柔软的同时，提供优良的保暖性能。而导热凉感纺织品则是利用石墨烯的高热导率，使得皮肤接触纺织品后能引起皮肤表面的热量快速流失，显著降低体温，为人们提供更舒适的穿着体验。

2018平昌冬奥会闭幕式“北京8分钟”节目中身着石墨烯智能电发热服的演员们

参考来源：

1、宋厚甫,康飞宇.石墨烯导热研究进展[J].物理化学学报.

2、包玉秀.导热纤维及织物在加热服装中的应用研究[D].北京服装学院.

3、曾少宁,胡佳雨,张曼妮等.面向个人热管理的降温纺织品[J].科学通报.

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