石墨烯材料简介

石墨烯材料简介

主要内容

一、石墨烯的发展背景及发展历程

二、石墨烯概述

三、石墨烯散热膜

四、石墨烯散热片与石墨散热片的差异

一、石墨烯的发展背景及发展历程

1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士，美国查理德·斯莫利等发现C 60，后人们发现C 70等，

统称富勒烯。

C 60等非平面五元环、六元环等（图为C 60，统称富勒烯）

纳米碳管（Carbon Nanotube ）

1991年，日本NEC 公司基础研究实验室饭岛（Iijima ）高分辨率透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中发现管状碳分子

石墨烯（Graphene ）

2004年，曼彻斯特大学教授Geim 教授、Novoselov 博士和同事通过微机械剥离法发现二维原子平面结构石墨烯

☆石墨烯的理化性质

1、石墨烯的结构

单层结构

电镜表观形态

2、石墨烯的特性

Ø最薄——单层原子厚，准二维结构

Ø强度高（~1060GPa）

Ø高导热率（3000Wm-1·K-1和硬度（破坏强度42N/m，杨氏模量与金刚石相当）

Ø极高的载流子迁移率——105cm2·V-1·s-1

Ø载流子的有效质量为0——弹道输运

Ø室温半整数量子霍尔效应

Ø电导率永不消失

3、石墨烯的主要制备方法

物理方法化学方法HOPG微机械剥离法（鹏威）

超声波剥离法

SiC高温热解法

过渡族金属衬底CVD法

氧化——分散——还原法（富烯）其他方法

主要制备方法

微机械剥离法

超声波能提高生产效率、良率

鹏威石墨烯

利用手工或者超声波将高取向性高温热解石墨（HOPG ）逐层剥离，得到单层石墨烯。

SiC高温热解法

又称外延生长法。超高真空（10-10Torr）下对SiC衬底氧化或者氢化处理，即在1200~1500℃下蒸发掉单晶SiC中的Si原子，C原子降温冷却重新组排形成石墨烯。

过渡族金属衬底CVD法

又称CVD外延法。利用薄膜衬底中过渡族金属（Fe、Cu、Pt、Ni、Au、Ru、Ir等）与C的高温固溶，冷却析出，表面重组，形成石墨烯。

氧化—分散—还原法

又称氧化还原法。将石墨利用强酸和强氧化物质反应，然后超声分散至溶液，然后利用还原剂还原得到单层或多层石墨烯。

富烯石墨烯

其他

还可以通过化学方法直接合成六苯并蒄

（HBC），然后在FeCl3或Cu（OTf）2-AlCl3作用

下环化脱氢得到较大平面的石墨烯。

二、石墨烯概述

3、石墨烯的主要制备方法

序号石墨烯制备方法优点缺点

1微机械剥离法工艺简单，可得到单

层石墨烯手工、费时，无法批

量生产

2SiC高温热解纯度高，可原位监控，

可大面积生长

均匀性差，截面性质

差明显，原材单晶

SiC成本高

3过渡族金属衬底CVD法可实现大面积生长，

可控性较好必须衬底转移和过渡族金属催化

4化学分离工艺简单，可控性好无法大面积，含氧功

能团降低

石墨烯的导电、导热等特性，使其广泛运用于半导体产业、电子、显示等行业，在新兴领域也有应用前景。目前，在模组端主要运用其导电、导热、散热性能，主要

产品有石墨烯散热膜、石墨烯吸波材等，其中，石墨烯散热膜使用最广泛。

目前，市面上的石墨烯散热膜典型结构至少包含：保护膜（蓝色网格硅胶保护膜）、单面胶（黑胶皮）、石墨烯膜、双面胶、离型膜（透明）。具体结构如下图。

其中，保护膜与离型膜为使用过程材料（耗材），起保护作用，使用时会去掉。

常见的石墨烯散热膜模切工艺，与人工石墨散热片模切工艺相同。其主要工艺流程：

检验检验石墨烯原膜分切贴合冲压包装

常见的石墨烯散热膜模切过程中，出现的问题有：

（1）掉粉。该现象主要与石墨烯纯度及包边胶包边工艺有关。

（2）起泡。现行石墨烯散热膜的贴附主要有冲压（按压）和辊压贴附两种方式。采用冲压贴附，受冲压压力、速率、被贴物及胶系等影响，起泡排放速度慢，石墨烯散热膜与被贴物间会残留起泡，鼓起。现行改善手段为将贴合双面胶改为菱形胶，方便气泡的排放。

石墨烯散热膜效果示意图：

未使用石墨烯散热膜使用石墨烯散热膜后

石墨烯散热膜散热效果测试

项目

石墨散热膜石墨烯散热膜

密度 1.6~1.8

~2.0基材sp2型准二维结构多层堆叠结构的石墨（多为人工石墨）

单层石墨

结构示意图

基材热传导

石墨烯散热膜较现行石墨散热膜热传导能力更优。30μm 厚以下时，约1500W/m·K ，厚度为40μm 及以上，石墨烯可对标双层及其以上人工石墨。厚度越高，石墨及石墨烯散热膜的热传导能力都会降低。价格

石墨烯散热膜较石墨散热膜价格更优，且石墨烯散热膜越厚，其成本优势越明显，当厚度为40μm 时，可降低约30%成本。

由于石墨烯的石墨烯的批量化制备和石墨烯的分散，这两项技术瓶颈制约着石墨烯导热膜的产业化，尽管石墨烯的性能优于石墨散热膜，国内市场上的模组多采用石墨散热膜。

目前，应用了石墨烯导热膜的手机有华为Mate20和小米10 ，分别由富烯科技和东莞鹏威提供。富烯科技主要侧重于纯石墨烯导热膜的连续制备，东莞鹏威的石墨烯导热膜是石墨烯导热涂料涂覆到铜片或者复合膜上。市面上石墨烯原材厂推广的的高厚度的石墨烯散热膜，能通过减少模切工艺，提升了模切良率，以代替目前市场客户普遍使用的双层17U及双层25U叠加的人工石墨产品，表现出可观的应用前景。