随着电子设备朝着小型化、轻薄化、多功能化方向发展，金属散热片、导热硅脂等传统散热材料在面对逐渐趋于小而复杂的电子设备时，逐渐暴露出了局限性，发展具有可折叠、可弯曲功能的柔性散热材料成为了解决这类电子设备散热难题的关键。与传统散热材料相比，柔性散热材料能够适应各种复杂的空间结构，完美贴合电子设备的内部组件，能够在有限的空间内及时、迅速地将热量转移出去，为可穿戴设备、折叠屏手机等柔性电子设备的稳定运行和小型化发展提供了有力支持。本篇文章我们就盘点一下目前新型的柔性散热材料。

1、金属柔性散热材料

铜、铝等金属材料具有出色的导热系数、高强度以及易于加工成型的特点，可制成热管用于电子设备的散热。但传统的刚性热管受限于较高的强度，灵活性差，仅可以实现小幅度的弯曲变形，无法满足柔性电子设备的使用需求。因此，科研人员利用金属材料的可延展性，研制了金属柔性热管、金属散热薄膜等新型金属柔性散热材料。

①柔性金属热管

柔性金属热管的工作原理与传统的刚性热管类似，都是利用蒸发端中的液体吸收外部热量，并蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下扩散到冷凝端，放出热量凝结成液体，液体再靠毛细力（或重力）的作用流回蒸发端。

热管工作原理

不过，相比刚性金属热管，柔性热管可通过将金属热管进行超薄化制成2mm以下超薄热管或者选用具有良好柔性变形性的波纹管充当柔性连接部分制成三段式结构，实现一定的变形量。其中金属超薄热管具有紧凑、扁平的结构，可以增强其与电子器件的接触，适应电子器件的微型化、高度集成化的发展趋势，但由于金属在多次变形时容易发生疲劳断裂，因此一般是通过一次性塑性变形将热管加工成特定形状并安装在具有复杂结构但不会频繁弯折的空间中。而三段式金属柔性热管则由于采用波纹管充当柔性连接部分，可以达到较高的结构强度，反复弯折时不易疲劳断裂，但通常变形量也较小。

金属超薄热管和采用金属波纹管的三段式热管

②金属散热薄膜

金属材料越薄，其柔韧性也就越好，金属散热薄膜是利用金属的延展性将金属加工成毫米级别甚至更低厚度的薄膜来增强其柔韧性，贴合于智能穿戴设备、航空装置中需要发生位置转移的热端与冷端之间，利用金属的高热导率将热量从热端传递到冷端。随着电子设备的小型化和薄型化，金属薄膜纳米化成为了颇具潜力的研究方向，目前，主要通过磁控溅射、真空蒸发和电化学沉积等方法在基底上来制备金属纳米薄膜。

总之，金属柔性导热材料除了具有高导热性，通过薄型化技术也能够提供一定的柔韧性，不过它在应用中也存在一些问题。一方面，其作为导电材料，应用于电子器件时需要进行绝缘处理，以防止短路等问题的发生；另一方面，应用于航天工业时存在材料密度较大的缺陷，这可能会增加航天器的重量，影响其性能。

2、聚合物基柔性散热材料

聚合物是由具有高度的柔性和旋转自由度长链分子组成的，本身具有重量轻、密度低、可加工、电绝缘，柔韧性好等特点，但由于大多数聚合物为非晶态材料，内部缺乏长程有序的晶体结构，声子（热量传递的主要载体）在传播过程中容易发生散射，导致热导率较低，因此可在其中添加高导热填料制备成聚合物基导热复合材料，来提高其导热性能。

一般来说，聚合物基导热复合材料的导热性能除了受到填料本身热导率的影响，从目前普遍认可的导热通路理论来看，其能否在聚合物内形成连续的导热通路也是重要的影响因素。通常可通过提高导热填料的含量，使填料相互紧密堆积来实现连续导热通路的构建，不过填料的高填充量也会使得复合材料的弯折、拉伸、扭转等力学性能难免有所降低，因此如何在保证高热导率的同时降低填料填充量成为了聚合物基柔性导热复合材料研究的热点，而利用一二维的高导热填料构建定向结构或者利用多维度复合填料构建三维互通的导热网络是两种有效的方法。

定向结构设计可以利用六方氮化硼纳米片（管）、碳纤维、碳纳米管、石墨烯片、金属纳米线等一、二维导热填料在基体内形成规则的定向排列，大大提高导热通路形成的效率，能够使热流沿着高热导率的方向路径传递，最终可以在较低填充率的情况下提升该方向上的热导率。而3D导热网络通过不同形貌、尺寸的填料受控自组装聚集，可以构建具有高热导率的各向同性TIMs，同时也优化了其机械柔韧性和适用性。

氮化硼纳米片通过定向排列制备的高导热绝缘柔性氮化硼散热PI膜 （来源：晟鹏技术）

3、碳系柔性散热材料

碳类材料除了具有高的导热性，其低膨胀率和低密度等优势有助于保持导热材料的稳定性和轻便性。目前，典型的碳系柔性导热材料有石墨纸和石墨烯散热膜等。

①石墨散热膜

石墨散热膜是一种以天然或人工合成石墨为原料，经过特殊加工制备而成的高性能薄膜材料。从结构上看，石墨膜中碳原子以层状结构排列而成，这种层状结构赋予了它出色的导热性能，应用于电子产品中，大的平面散热面积以及平面内的高热导率可迅速消散热点，将热量快速通过传送到机壳与框架。

天然石墨膜（来源：网络）

目前石墨膜主要通过膨胀石墨压延法和PI类薄膜碳化-石墨化法两种技术路线。前者以天然鳞片石墨为原料，通过酸化、水洗、干燥和高温膨胀等一系列步骤获得高倍膨化的石墨蠕虫后，经压延、压制工艺制得，热导率在200-700W/m·K，由于工艺简单、低成本，在工业化生产应用较多。后者则将聚酰亚胺(PI)在惰性气氛下加压碳化、并经2800-3200℃的石墨化处理制得沿膜表面高度择优取向、结晶度较高的石墨层，导热率系数可达700-1950W/m·K。不过，该技术路线中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，导致成本较高。

②石墨烯散热膜

尽管PI类薄膜碳化-石墨化法在机械拉伸强度、结构完整性、晶型结构缺陷和碳原子有序程度等方面以比膨胀石墨膜表现更为出色，但由于受到聚酰亚胺分子取向度的限制，石墨膜的散热效能进一步提升的空间仍有限，因此通过有序堆叠氧化石墨烯(GO)纳米片以及随后的还原/石墨化来制得的石墨烯散热膜近年来逐渐在电子产品中得到了应用。

目前，高导热石墨烯膜的实际热导率已经达到1500-2000W/（m·K），而且其理论热导率可达5300W/（m·K），随着研究攻关的推进，未来散热效能还能进一步提升。

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）

4、液态金属

镓铟锡合金、共晶镓铟合金、伍德合金（由铋、铅、锡和镉等金属按一定比例混合而成。）等特钛金属不仅具有金属优异的热传导性，而且由于具有沸点高，熔点温度 和沸点温度差距大等特点，在室温下能够保持液态，因此一方面液态金属能为散热解决方案的设计提供极大的灵活性，比如目前液态金属已被用于制造手机铰链、卡托、中框等精密结构件，其高强度和抗疲劳性能显著优于传统金属材料。但另一方面，也使得其在单独直接使用时容易发生外溢，存在导电性和腐蚀性等潜在风险，对电子器件的可靠性造成影响，在实际应用中会将液态金属与其他材料混合以降低其流动性，并封装起来来进行使用。

华硕开发电脑CPU液态金属散热专利工艺

参考文献：

1、白龙,王盼盼,王宝丽,等.柔性散热材料研究进展[J/OL].复合材料学报.

2、李伟斌,焦蓬,殷志敏.柔性导热材料研究进展[J].化工新型材料.

粉体圈Corange整理