高性能石墨烯导热膜的产业化需要跨越两大技术障碍
思瀚产业研究院    2023-03-16

目前学术界和产业界针对高性能石墨烯导热膜产业化的研究，主要沿着三个方向：（a）提高石墨烯导热膜的面内方向热导率；（b）提高石墨烯导热膜的厚度，扩大导热通量，同时保持良好的热传导性能；（c）有效成本控制下的宏量制备。针对高性能石墨烯导热膜产业化而言，主要需要克服两大关键技术障碍：

①高定向组装石墨烯导热膜的规模化制备技术

有效成本控制下的规模化制备是新材料从实验室到市场的前提，行业内通常采用高温热还原氧化石墨烯膜的方式制备石墨烯导热膜，以公司的工艺路径为例，公司采用“膜式氧化还原”技术路径制备高性能石墨烯导热膜，从供应商采购定制化的氧化石墨烯前驱体，自主制备高定向氧化石墨烯膜，并对其进行热还原得到石墨烯膜。其中制备氧化石墨烯膜的主要工艺流程是将氧化石墨烯前驱体解离成氧化石墨烯微片，并在水中形成稳定分散的氧化石墨烯浆料，然后将其进行涂覆和干燥，并在此过程中实现氧化石墨烯的高定向自组装。

氧化石墨烯的高定向自组装是实现石墨烯膜高导热性能的核心，而单层率超过 90%的氧化石墨烯微片是实现高定向自组装的关键。

一方面，氧化程度更高的氧化石墨烯前驱体，更容易被解离为高单层率的氧化石墨烯微片，从而能够带来取得良好的分散效果以及更好的高定向组装效果，但是会带来更高的氧化成本。

另一方面，高单层率的氧化石墨烯浆料由于氢键的作用容易发生团聚，需要降低固含量才能实现均匀分散，以满足涂覆工序和实现高定向组装的要求，然而低固含浆料不易涂覆成理想厚度的 GO 膜，将严重降低涂覆效率，并且加大了干燥难度，从而导致制造成本大幅增加。虽然可以通过添加分散剂或表面处理剂来提升浆料固含，但会引起浆料粘度的显著提升，使其流动性差，导致无法输送、难以涂覆。

因此，氧化石墨烯浆料所要求的良好分散性与石墨烯原材料的高氧化成本，石墨烯薄膜的高定向组装性与涂覆、干燥过程中的高工艺成本，成为影响高性能石墨烯薄膜规模化制备经济性的两个主要矛盾及其产业化过程的重大技术障碍。

编辑：曹文诏

来源：思瀚产业研究院 富烯科技