石墨烯散热材料研究进展

石墨烯散热材料可用作电子元件中的散热片。散热片通常附着在容易发热的电子元件表面，长期以来一直是导热薄膜的理想选择。本文介绍了石墨烯在导热材料中的应用，总结了石墨烯导热研究的成果，提出了当前石墨烯导热研究的机遇和挑战，展望了未来可能的发展方向。

近年来，随着系统级封装等新型封装技术的快速发展，电子产品越来越薄，集成度越来越高，但这通常会导致更高的加热温度。过热通常会导致设备寿命和运行稳定性显着降低。如何实现有效散热逐渐成为制约电子设备发展的瓶颈。高分子材料因其重量轻、绝缘性好、易加工、价格低廉等优点，在电子器件中得到了广泛的应用。

作为电子封装系统的重要组成部分，它们也是离热源最近的元器件。它们主要起到承载、支撑和固定电子元器件的作用，对芯片的快速散热起着至关重要的作用。但由于聚合物的聚合物链中声子散射严重，本征热导率过低，通常小于0.5，远远不能满足电子器件快速散热的要求。因此，为满足下一代电子器件快速散热的要求，制备高导热材料是目前学术界和工业界的共识。

石墨烯是一种具有sp2杂化结构的含碳六元环结构，各种物理化学性质非常稳定。与铜、铝等传统金属材料相比，石墨烯具有更高的面内热导率。由于其特殊的结构，石墨烯具有较低的密度、良好的热稳定性、高的导电性、优异的透光率和更好的机械性能。石墨烯是作为导热材料添加成分的理想选择。同时，石墨烯散热材料可以作为电子元件中的散热器，附着在容易发热的电子元件表面，将热源产生的热量均匀地散发出去。其中，导热系数高、散热效果好的人造石墨导热膜是聚酰亚胺薄膜经石墨化工艺得到的人造石墨导热膜。平面方向的热导率可达700~1950W∙m-1∙K-1。 10~100 μm，具有良好的导热性。在此背景下，研究高导热石墨烯散热材料具有两个重要意义。首先，由于人造石墨薄膜成本高，制备高质聚酰亚胺薄膜的难度较大，业界希望高导热石墨烯散热材料可以作为替代方案。其次，由于电子产品对散热的需求越来越大，新的散热方案不仅要求导热膜的高导热率，而且还要求导热膜有一定的厚度，以提高平面内的热通量方向。在人造石墨薄膜中，由于聚酰亚胺分子取向的程度，石墨化的聚酰亚胺导热薄膜只有在厚度较小的情况下才具有较高的导热率。石墨烯导热薄膜易于制成厚的导热薄膜（~100 μm），在新型电子器件的热管理系统中具有很好的应用前景。