石墨烯——精通散热、发热的多面手

石墨烯在力学、电学、光学和热学等方面都有十分良好的性能,其中,石墨烯在热管理领域的才能尤为突出。作为热管理材料,它可以将物体中的积聚热迅速传递出去,也可以为需要热的物体供应大量的热能。可以说,石墨烯是一种可以实现全方位、无死角的热管理技术的新材料之王。


众所周知,完整的单层石墨烯导热率为5300W/m·K,是已知材料中导热性能最好的材料。对于含缺陷和官能团的石墨烯粉体而言,随着制备方法的不同,其导热系数也会略有差别,导热率大致为800—3500W/m·K,远高于铜、铝等金属材料。


石墨烯散热防腐绝缘一体化涂层(来源:中微纳)

在石墨烯的热管理技术中,材料的应用形式除了石墨烯膜,还可采用喷涂工艺,使用基底的形状但不局限于平面形状,各种形状均可进行加工,且基底材料包括金属、玻璃、陶瓷多种材质,使用范围非常广。

一、石墨烯的散热能力

目前,正在高速发展的新型微电子设备、光电转化设备和医疗设备的电子器件部分正向超大集成化发展,微小的温度增加会引起芯片的“热崩溃”,这就对热管理效率提出了更高的要求,传统的散热方式可能没法满足这些高发热器件的需求。

石墨烯具有优异的热传导特性,且热辐射系数超过0.95。因此,仅从热管理的散热角度来看,从电子元件、零组件到LED,如果石墨烯可提供符合设计需求的产品型态,就可有效提升现行散热产品的效能。

采用高散热效率的石墨烯材料,可解决因金属颗粒尺寸小而导致的晶界散热限制热载体自由程的问题,从而解决超大规模集成电路的散热难题,进而在超级计算机、卫星电路、5G时代手持终端设备等高功率、高集成度系统的散热问题提供解决方案。此外,石墨烯材料还可为碳基纳米集成电路的开发提供解决方案。

二、石墨烯的发热能力

石墨烯发热膜是一种理想的加热体,具有电热转换效率高、升温速度快、加热均匀、远红外理疗、柔性透明等特性,广泛应用于热敷理疗、家居保暖以及工业加热等领域,具有非常广阔的市场前景。

在传统的取暖器领域,无论是水暖还是电暖产品,其散热片表面都要涂覆防锈、抗菌等多种涂层,而石墨烯材料本身具有高导热、强阻隔、强抗菌等多种优异性能,因此,可以将石墨烯材料制成多功能涂料涂覆于暖气片,以获得传统取暖器在防锈、抗菌等方面的实际需求。

值得一提的是,石墨烯材料拥有的高导热性能,可使暖气片的热量快速传递、辐射,极大提高热量利用效率,提升消费者的取暖需求。据了解,采用石墨烯取暖,可有效降低皮肤的干燥不适感,带给人们如沐浴阳光般的温暖。

远红外线:一种对人体有益的理疗光线

石墨烯发热膜的加热原理:石墨烯发热膜在电场作用下,会释放大量的8-15μm远红外光波,人体在接受到远红外光波后,能量被吸收转换为热能,使人体温度升高。同时,远红外光波可加快人体新陈代谢,让衰老受损的细胞得以再生和修复。

除了在取暖器中的应用外,石墨烯材料在热敷理疗及家居保暖的应用产品形态也十分丰富。其中,热敷理疗产品包括护腰、护膝、护颈、眼罩等产品,家居保暖产品包括石墨烯发热马甲、石墨烯羽绒毯、石墨烯发热坐垫等。

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