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高性能石墨烯導(dǎo)熱膜的產(chǎn)業(yè)化需要跨越兩大技術(shù)障礙
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-03-16

目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界針對高性能石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)業(yè)化的研究，主要沿著三個方向：（a）提高石墨烯導(dǎo)熱膜的面內(nèi)方向熱導(dǎo)率；（b）提高石墨烯導(dǎo)熱膜的厚度，擴(kuò)大導(dǎo)熱通量，同時保持良好的熱傳導(dǎo)性能；（c）有效成本控制下的宏量制備。針對高性能石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)業(yè)化而言，主要需要克服兩大關(guān)鍵技術(shù)障礙：

①高定向組裝石墨烯導(dǎo)熱膜的規(guī)?；苽浼夹g(shù)

有效成本控制下的規(guī)?；苽涫切虏牧蠌膶?shí)驗(yàn)室到市場的前提，行業(yè)內(nèi)通常采用高溫?zé)徇€原氧化石墨烯膜的方式制備石墨烯導(dǎo)熱膜，以公司的工藝路徑為例，公司采用“膜式氧化還原”技術(shù)路徑制備高性能石墨烯導(dǎo)熱膜，從供應(yīng)商采購定制化的氧化石墨烯前驅(qū)體，自主制備高定向氧化石墨烯膜，并對其進(jìn)行熱還原得到石墨烯膜。其中制備氧化石墨烯膜的主要工藝流程是將氧化石墨烯前驅(qū)體解離成氧化石墨烯微片，并在水中形成穩(wěn)定分散的氧化石墨烯漿料，然后將其進(jìn)行涂覆和干燥，并在此過程中實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯的高定向自組裝。

氧化石墨烯的高定向自組裝是實(shí)現(xiàn)石墨烯膜高導(dǎo)熱性能的核心，而單層率超過 90%的氧化石墨烯微片是實(shí)現(xiàn)高定向自組裝的關(guān)鍵。

一方面，氧化程度更高的氧化石墨烯前驅(qū)體，更容易被解離為高單層率的氧化石墨烯微片，從而能夠帶來取得良好的分散效果以及更好的高定向組裝效果，但是會帶來更高的氧化成本。

另一方面，高單層率的氧化石墨烯漿料由于氫鍵的作用容易發(fā)生團(tuán)聚，需要降低固含量才能實(shí)現(xiàn)均勻分散，以滿足涂覆工序和實(shí)現(xiàn)高定向組裝的要求，然而低固含漿料不易涂覆成理想厚度的 GO 膜，將嚴(yán)重降低涂覆效率，并且加大了干燥難度，從而導(dǎo)致制造成本大幅增加。雖然可以通過添加分散劑或表面處理劑來提升漿料固含，但會引起漿料粘度的顯著提升，使其流動性差，導(dǎo)致無法輸送、難以涂覆。

因此，氧化石墨烯漿料所要求的良好分散性與石墨烯原材料的高氧化成本，石墨烯薄膜的高定向組裝性與涂覆、干燥過程中的高工藝成本，成為影響高性能石墨烯薄膜規(guī)?；苽浣?jīng)濟(jì)性的兩個主要矛盾及其產(chǎn)業(yè)化過程的重大技術(shù)障礙。

編輯：曹文詔

來源：思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 富烯科技