上海理工大学杨俊和教授：石墨烯散热薄膜研究进展

随着通讯技术的飞速发展，基站设备的发热量也日趋提高，特别是随着5G技术的逐渐普及，对传统的热管理材料也提出了更高的要求。石墨烯的热导率超过5000 W/(m K)，是目前已知的热导率最高的材料之一。同时，与传统的聚酰亚胺石墨化制备的合成石墨膜相比，石墨烯薄膜兼具优异的柔韧性与机械性能，有望为5G时代高散热需求提供优秀的解决方案。

上海理工大学碳基功能材料团队的杨俊和教授、薛裕华教授以及团队成员李昊亮博士总结了石墨烯薄膜在热管理与散热领域的研究进展，受邀在《新型炭材料》(New Carbon Materials)发表综述 “A review on graphene-based films for heat dissipation”。文中概括综述了近年来通过CVD生长、石墨烯或氧化石墨烯粉体片层组装以及石墨烯与功能材料复合等多种石墨烯薄膜的制备策略，讨论分析了各种方法的优劣势与适用场景的区别。并进一步探讨影响石墨烯基薄膜散热性能的3个重要影响因素：1. 本征结构缺陷。结构缺陷会导致传热过程中声子在缺陷处发生严重的散射现象，从而使石墨烯薄膜的热导率衰减。这些结构缺陷与制备石墨烯的原材料品质相关，另一方面，后续的高温热处理对结构缺陷的修复有重要的影响。2. 石墨烯片层尺寸效应。由于石墨烯片层在堆叠组装过程中会形成大量的缝隙，从而致使声子在片层边界处发生散射，片层边界的数量与石墨烯的片层尺寸相关。若增大片层尺寸，填充并修复片层之间的缝隙，也可以进一步提升石墨烯薄膜的导热性能。3. 片层取向程度及其界面影响。由于石墨烯片层尺寸小，导致组装过程中缺乏足够的力场作用以抑制片层褶皱导致的声子散射问题。在石墨烯薄膜的制备过程中，尽可能减少本征结构缺陷、同时能够增大片层尺寸并提高薄膜内片层的定向程度，对于开发未来高性能石墨烯散热膜至关重要。

图1 石墨烯基薄膜在热管理领域的应用及其影响因素

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