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石墨烯热管理才能:不止能导热,还能加热
2020年11月16日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:165
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石墨烯是一种极富争议性的材料,说它是纯噱头的人很多,但同时你不得不承认的是“它”在材料领域的应用是极富想象力的,甚至有新材料界的万金油之称。石墨烯在光学、电学、力学和热学都有“特异功能”,而本文将要讨论的则是石墨烯的热管理材料才能,热管理的主要目的就是将物体中的积聚热迅速传递出去以及为需要热的物体供应大量的热能,而这些需求石墨烯都拿捏的稳稳的。

石墨烯

1:石墨烯散热防腐绝缘一体化涂层(来源:中微纳)

备受地球人宠爱的石墨烯

完整的单层石墨烯的导热率为5300W/m·K,是现有材料中导热性能最好的材料。对于含缺陷和官能团的石墨烯粉体而言,随着制备方法的不同,其导热系数也会略有差别,导热率的分布范围为800-3500W/m·K,远高于铜、铝等金属材料(表1),具有将产品内部热量均匀分散、快速传导散发到空气环境、减少内部热量积聚的能力

2010年开始,各国争相在石墨烯领域进行研究,尤其在关于热性能、热管理方面,在Web of Sciences上石墨烯导热、石墨烯散热、石墨烯电热、石墨烯热管理等文献信息到2020年为止文章发表数量逐年增加,对石墨烯热性能的研究也越来越深入就发表文章的国家和地区而言,主要以中国发表的文章数量最多,其次为美国和韩国,均为国际科技程度发展较高的国家。

石墨烯 

2:全球石墨烯散热专利分布情况

石墨烯

3:全球石墨烯发热类专利分布情况

石墨烯的才能

石墨烯热管理技术中,材料的应用形式除了石墨烯膜,还可采用喷涂工艺,使用基底的形状但不局限于平面形状,多种各异形状均可进行加工,且基底材料包括金属、玻璃、陶瓷多种材质,使用范围非常广。毫不夸张的说,石墨烯是一种可以帮助你实现360度无死角的热管理技术的神仙材料。此外,石墨烯涂层还有抗菌、远红外、超薄、耐腐蚀等特点。

应用方向高效导热、散热

根据The Market for Thermal Management Technologies报告,热管理产品在全球市场的市值预估可由2015年的107亿美元成长至2021年的147亿美元,年复合成长率(CAGR)为5.6%,不仅显示热管理是一重要产业,也代表市场上对热管理产品的殷切需求。目前正在高速发展的新型微电子设备、光电转化设备和医疗设备的电子器件部分正向超大集成化发展,微小的温度增加会引起芯片的“热崩溃”,这对热管理效率提出了更高的要求,传统散热的方式可能没法满足这些高发热器件的需求。

石墨烯具有优异的热传导特性,且热辐射系数超过0.95,因此无论就导热、散热或热管理的角度来看,从电子元件、零组件到LED,石墨烯能提供符合设计需求的产品型态,可有效改善现行散热产品的效能。采用高散热效率的石墨烯材料可以解决金属因颗粒尺寸小的原因导致的晶界散热限制热载体自由程的问题,从而解决了超大规模集成电路散热难题。进而在超级计算机、卫星电路、5G时代手持终端设备等高功率高集成度系统的散热方面有广泛的应用,还可为碳基纳米集成电路的开发提供解决方案。

案例:中高端散热器快睿,也推出了快睿c7全铜石墨烯增强版散热器,另外固态硬盘阿斯加特也推出了石墨烯散热马甲的固态硬盘,据悉华为手机mate20也采用了石墨烯散热加持。

应用方向:加热才能“急速升温+远红外效应

石墨烯电热膜具备电热转换效率高、远红外发射率高、加热均一、柔性透明等特点,是一种理想的加热体,适用于可穿戴取暖、家居取暖以及工业加热等应用领域,具有非常广阔的市场前景。

4石墨烯电暖器VS欧式快热炉人体热成像

石墨烯

无论是水暖还是电暖产品,散热片表面都要涂覆防锈、抗菌等多种涂层,而采用石墨烯材料具有阻隔、抗菌、导热等多种优异性能,可以制成多功能涂料涂覆于暖气片。特别是高导热性,可使暖气片的热量快速传递、辐射,极大提高热量利用效率,提升民众的取暖感受。据某石墨烯加热器友商称,采用石墨烯取暖可有效降低皮肤的干燥不适感,带给你如沐浴阳光般的温暖。

石墨烯

5:石墨烯发热过程释放的远红外线,更是一种对人体有益的理疗光线

石墨烯发热膜的加热机理石墨烯发热膜在电场作用下,会释放大量8-15μm的远红外线,受体接受到远红外后,能量被吸收转换为热能,使受体温度升高,其原理如同"阳光普照万物"的道理是一样的。

除了在取暖器中的应用,基于石墨烯发热产品的研发在低温理疗及保暖服装产品中的应用产品形态也非常丰富,理疗产品包括护腰、护膝、护颈、眼罩等产品,保暖服装包括发热背心、发热羽绒服等。

石墨烯的应用是极具想象力的,潜力巨大的,但受制于石墨烯材料制备成本、批量化生产能力及应用工艺技术的制约,石墨烯材料未来之路还很长~同志们还需努力~

参考资料:

1、石墨烯热管理应用技术进展;上海烯望材料科技有限公司田素云博士丁古巧博士著。

2、墨小烯;篇一:石墨烯散热,是噱头还是黑科技。

编辑:Focus


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