人工合成石墨导热膜是近年来刚刚兴起的最先进的导热材料

第一篇：人工合成石墨导热膜是近年来刚刚兴起的最先进的导热材料

人工合成石墨导热膜是近年来刚刚兴起的最先进的导热材料

常用的抗信息泄露(电磁屏蔽)材料以金属或合金为主,如铜、铁、镍、铁-硅-硼合金等,这些材料在很多领域有广泛应用,但是也存在一些不足,如密度大、施工较复杂、质地坚硬较难成形等。膨胀石墨(EG)密度小、质软、热稳定性和化学稳定性良好,具有好的导电性,对高频段(30 MHz以上)电磁辐射有较高的屏蔽效能。

然而,由于石墨本身是抗磁性的,低频段电磁屏蔽效能相对较低,为了改善低频的屏蔽效能,可以将磁性金属或合金微粒负载到膨胀石墨中,调节复合材料电性质和磁性质,得到宽频范围电磁屏蔽效能优异的材料。课题组前期工作表明,对于300kHz的低频电磁波,在EG上植入磁性金属或合金纳米颗粒可以把电磁屏蔽效能从原来的43 dB提高到53～72.5 dB,而对高频段电磁屏蔽效能没有显著影响；金属质量分数在30%左右时,材料的屏蔽效能较好。

全球第一条石墨烯生产线近日在浙江省慈溪市慈东滨海区正式开工建设，项目一期投资2.1亿元，预计年产石墨烯300吨。据了解，这也是全球首个石墨烯规模化生产项目。

据有关专家介绍，石墨烯是目前世界上已发现的最薄、最坚硬的纳米材料。它不但可以用来开发制造纸片一样的超轻型飞机材料，还能做出超坚韧的防弹衣。在锂电池、晶体管、触摸屏、基因测序等领域，石墨烯也大有用武之地。如果平板电脑的处理器采用石墨烯材料来制造，可以3个月都不用充电。专家分析，石墨烯的市场潜力可达上百亿元。

人工合成石墨导热膜是近年来刚刚兴起的最先进的导热材料。该材料具有极高导热系数（~1500W/m-K），且不含其他填料及粘结剂，具有很高的稳定性，可以在较小间隙，非绝缘环境中广泛使用。它的商用化，在导热材料领域是一种革命性技术应用突破。

据悉，从2011年以来，中石伟业与德国专业公司开展了为期一年的联合技术研发合作,围绕人工石墨的原材料控制，工艺制程，参数控制，设备选型等方面进行了深入研究研发并生产的VanoC人工合成石墨膜是在极高温度环境下，通过人工合成的方法，制得的一种高结晶态石墨膜，它在膜结晶面上有极高导热率:600-1600W/m-k,比铜好1-3倍，比天然膨胀石墨膜要好2-5倍，是十分理想的均热材料，用于消除局部热点，平滑温度梯度；可以在热点和散热体之间充当热传输桥梁；它在厚度方向可以达到6-15W/m-K，可与导热脂、相变材料比拟，可以用来替代导热脂和导热相变材料，从根本上解决热界面材料老化问题。VanoC同时具有非常好的电磁屏蔽性能，在10M-10GHz区间，屏蔽效能可达到90dB以上。

VanoC材料有三种主要用途：1.作为优质热扩散材料，在智能手机和平板电脑中，消除热点，增加产品舒适度；2.作为热界面材料，代替硅脂，在大功率模块和LED等中，将热有效传递给散热体；3.作为超薄被动“热管”，在高密度结构如手机笔记本中，将“热端”的热热传递到一定距离外的“冷端”。中石公司人工石墨膜的应用方面已拥有多项发明专利，成为该领域内知识产权领跑者。

VanoC具备薄、轻的优点，其根据厚度划分，共有0.0125mm、0.025mm、0.07mm、0.1mm4个系列化产品，让电子设备产品可以实现小型化、薄型化以及轻型化，并在较小间隙且非绝

缘环境中广泛使用，在一定程度上满足了消费者对电子产品又薄又轻的需求，同时也可以为客户节省更多的运输成本。

VanoC具备使用方便性，同时也非常环保，作为新兴的功率器件如IGBT与散热器间界面材料，被用来替代导热硅脂，解决了在高温、冷热循环的环境下发生硅油分离，产生硅氧烷导致电子器件的接触不良,且污染周围器件的问题。

使用传统硅胶会产生的问题：使用VanoC的优势：

a、发生硅油分离、污染周围器件

a、可靠性提高

b、产生硅氧烷导致电子器件的接触不良 b、不会发生硅氧烷、不污染周围器件、环保

VanoC易于加工，便于安装，中石伟业可以提供带背胶和不带背胶的VanoC合成石墨导热膜产品，也可以制成片材或按客户的要求规格进行打切。

VanoC以其高导热高可靠性、轻薄、易于加工、环保等优良特性广泛的应用于新能源、节能改造等重要新兴行业，如光伏逆变器、风力变流器、变频器，并且在LED等电力电子技术领域中有巨大的应用前景。当然，该类产品最广泛用于智能手机，如苹果手机、三星手机中。同时在笔记本、手持设备、通信基地站设备得到商业应用。

(1)以天然鳞片石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨,并用热剥离成石墨烯,或者利用超声波分散剥离为氧化石墨烯,再化学还原成石墨烯。采用SEM、TEM、HRTEM、XRD和Raman系统考察石墨烯的形貌和结构等性能。

(2)以石墨烯为基体,钛酸四丁酯为钛源,首先采用溶胶-水热法制备了二氧化钛/石墨烯纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM和Raman对二氧化钛/石墨烯纳米复合材料的晶体结构、颗粒形貌和化学组成进行了表征,结果显示合成的二氧化钛纳米晶为锐钛矿结构,结晶状况良好,二氧化钛和石墨烯复合效果较好。研究了纳米晶体的光催化性能,结果表明二氧化钛/石墨烯催化性能较高。

(3)以氧化石墨烯为基体,醋酸锌为锌源,采用溶胶法制备了氧化锌/石墨烯纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM和Raman对纳米复合材料的晶体结构、颗粒形貌进行了表征。结果显示合成的氧化锌纳米晶为六边纤锌矿结构,且是单晶结构,氧化锌和石墨烯复合效果比较理想。并研究了其光催化性能,结果表明石墨烯/氧化锌有较高的催化效率,测定了复合材料的荧光效应,讨论了石墨烯/氧化锌催化效率提高的机理。

(4)以氧化石墨烯为基体,醋酸镉为镉源,硫脲为硫源,采用溶胶法制备了硫化镉/石墨烯纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM和Raman对纳米复合材料的晶体结构、颗粒形貌进行了表征。结果显示合成的硫化镉纳米晶为结构,硫化镉和石墨烯复合效果很好。并研究了其光

催化性能,结果表明复合材料有较高的催化效率。修饰电极能够推广应用于其它生物分子的测定中

具体研究内容包括以下三个部分：

1、采用氧化还原法合成石墨烯,制备石墨烯修饰电极检测DNA四个碱基,电化学研究发现,石墨烯修饰玻碳电极能够实现对DNA四个碱基的同时检测。将石墨烯与碳纳米管、β-环糊精复合,碳纳米管有效的降低了石墨烯的的聚集,研究了石墨烯/碳纳米管/β-环糊精修饰电极的电化学性能,可以用于鸟嘌呤核苷的高灵敏检测,该修饰电极能够推广应用于其它生物分子的测定中。

2、将生物大分子单链DNA(ssDNA)与石墨烯功能化组装,制备的具有生物相容性的ssDNA-石墨烯复合材料在水溶液中能够长期保存不发生沉降,提高了石墨烯在水溶液中的稳定性。ssDNA-石墨烯复合材料比表面积大、生物相容性好,是优异的氧化还原酶固定化材料。将ssDNA-石墨烯复合材料固定葡萄糖氧化酶制备葡萄糖传感器,葡萄糖氧化酶实现了直接电化学并且保持生物活性,电子转移速率为4.14s-1,对葡萄糖检测具有较好的抗干扰性和稳定性。

3、采用原位合成法制备石墨烯-四氧化三铁纳米复合材料,四氧化三铁增加了石墨烯在水中的分散性和稳定性,分别用磁铁和磁强计测试表明石墨烯-四氧化三铁纳米复合材料具有磁性。制备石墨烯-四氧化三铁修饰电极,电化学研究表明,石墨烯-四氧化三铁复合材料对过氧化氢具有催化作用,最低检测限为5.4μmol·L-1,对抗坏血酸和尿酸具有抗干扰性。石墨烯-四氧化三铁纳米复合材料在电化学领域具有潜在的应用前景。