2020年1月，小米基金投资了一家石墨烯公司，随后在小米新品发布会上宣布使用石墨烯超级散热器，引发热议。石墨烯导热膜（散热膜）在电子产品中的使用并不是首次，石墨烯导热膜正在抢占国内移动终端散热膜市场。石墨烯导热膜是否会成为石墨烯产业化之路的先行者呢？
石墨烯材料
石墨烯是当之无愧的新材料性能之王，拥有诸多特性。例如，低密度、高比表面积(理论上比表面积为2630m2/g)，强度是钢的200倍，导热性好，热导率为5300W/（m·k），是铜的10倍。同时它也是迁移率最高的材料(200000cm2/Vs)。通常石墨烯的优异性能都是基于单层或者双层石墨烯。自2010年诺贝尔物理学奖花落石墨烯之后，国内外纷纷开始对石墨烯进行深入研究。
在导热应用方面，浙江大学高超教授制备宏观可折叠石墨烯导热膜，导热系数达1950W/（m·k）。瑞典查尔姆斯理工大学教授通过控制晶粒尺寸和石墨烯层的堆叠顺序，可制备导热系数达3200W/（m·k）的石墨烯薄膜，并由SHT Smart High Tech AB公司将该技术商业化。
石墨烯的批量化制备
石墨烯的制备方法总体可分为物理法和化学法，不同方法制备的石墨烯，特性会有不同。微机械剥离法工艺简单，但尺寸不易控制。液相剥离法能够批量生产石墨烯，其中含有少量高质量的单层石墨烯，结合分散液和溶剂的配合，可以制得稳定的石墨烯分散液，目前应用比较广泛。
石墨氧化还原法也可以大批量生产石墨烯，特点是石墨烯存在一定的缺陷，在制备石墨烯分散液方面有一定的优势。该方法成本低（粉体市售价格约10元/g），但是工艺过程中会使用大量浓硫酸，对反应釜的耐酸性要求较高，反应后的废酸处理也是一个问题。
目前，我国还原氧化石墨烯已具备批量生产能力，但生产的石墨烯质量参差不齐，高质量的石墨烯尚未完成批量化生产。一方面，石墨烯行业的标准尚未建立，批量制备的石墨烯至少需要10层以内，才能具有优异的性能。另一方面，国内由于石墨烯的下游应用尚未完全开发，没有形成完整的产业链，导致石墨烯行业产能过剩。国内主要石墨烯生产企业有常州第六元素、宁波墨烯科技、厦门凯纳、常州二维碳素、宝泰隆、墨睿科技等。
外延生长法成本昂贵，目前处于实验室阶段。化学气相沉积法被认为是很有可能实现工业化大规模生产高质量石墨烯的方法，但是目前的CVD炉暂时无法满足石墨烯的批量化生产。
石墨烯的分散
由于石墨烯比表面能高，且片层与片层之间容易产生相互作用，非常容易团聚，团聚后的石墨烯性能会大打折扣。围绕着降低石墨烯表面能，常见的分散方法有：机械分散法、超声分散法、微波辐射法、对石墨烯表面进行改性、添加分散剂等。不同的方法对石墨烯的分散效果不一，五种分散方法可以叠加使用，需要实际考虑石墨烯的应用。
机械分散法，利用高速剪切、高频震荡或对流撞击等机械力作用对石墨烯进行分散，分散效果受设备影响大。超声分散法，利用超声的空化作用，以高能高振荡降低石墨烯的表面能，从而达到改善分散的目的，分散效果与超声时间长短有关，但由于超声能量限制，对石墨烯的分散效果有限。对石墨烯表面改性可有效提高石墨烯的分散性，对氧化石墨烯的改性后再还原是常见的改性手段，但是会损失掉一部分石墨烯的性能。添加分散剂，需要依据石墨烯的应用选择合适的分散剂，分散剂一端与石墨烯形成较强的相互作用，一端在溶剂或者树脂中有较好的相容性。
石墨烯的制备和分散制约着石墨烯的产业化，目前国内稳定的石墨烯浆料供应商有常州第六元素、墨睿科技、新奥、宝泰隆等。
石墨烯导热膜
石墨烯导热膜比天然石墨的导热性能好，在手机散热市场有较强的竞争性。目前石墨烯导热膜分为纯粹的石墨烯导热膜和有基底涂覆的石墨烯导热膜。市场研究机构国际数据公司(IDC) 预计，到2023年全球5G手机出货量可达4亿部，占智能手机出货量的26%。石墨烯导热膜市场规模2～3年内可达到23亿美元。
石墨烯导热膜的核心技术是石墨烯的批量化制备和石墨烯的分散，正是这两项技术瓶颈制约着石墨烯导热膜的产业化。
目前，国内市场上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，上游石墨烯供应商分别是常州第六元素和墨睿科技。
通过对富烯科技和东莞鹏威的石墨烯导热膜专利进行分析发现，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。
富烯科技的石墨烯导热膜产品厚度为30μm～100μm，可以与不同背胶、泡棉、铜箔、隔热材料等复合后再模切加工。制备方法采用氧化石墨烯为前体，将氧化石墨烯浆料涂覆在钢带上，烘干后收集还原的氧化石墨烯，粉碎压制成膜，高温热处理形成石墨烯膜。
东莞鹏威的石墨烯导热膜可以做到55μm的厚度，市场价格方面实现量产的铜基石墨烯散热膜价格比现有的人工石墨散热膜便宜30%，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，减少了模切工艺，提升了模切良率。除了铜基石墨烯导热膜外，还有复合材料基石墨烯导热膜，铜基石墨烯导热膜制备方法是将石墨烯散热浆料涂覆在铜箔层表面，经烘干后压延。铜箔也可以换成其他的复合膜，制备复合石墨烯导热膜。
东莞鹏威科技的导热膜是与墨睿科技合作生产的，目前墨睿的产能是6万平方米/月，到2020年年底可达10万平方米/月。按照1平方米可以应用到100台手机上计算，预计每年可满足1.2亿部手机的需求。除了墨睿，可提供石墨烯散热水性环保浆料的供应商还有常州第六元素、新奥、宝泰隆等。
手机散热膜性能对比分析
目前市场上电子产品中常用的散热材料是天然石墨散热膜、人工石墨散热膜和纳米碳散热膜。
天然石墨散热膜优点是相对便宜，缺点是散热能力较差，且受工艺限制最薄只能做到0.1mm。在手机轻薄化的发展进程中，天然石墨散热膜的市场占有率日益下降。美国的GRAFTECH是该行业中的领军企业。
人工石墨散热膜主流材料是人工石墨，通过高温炭化及高温石墨化聚酰亚胺薄膜制得。人工石墨受原材料聚酰亚胺的影响大，由于原材料聚酰亚胺价格高，制备工艺亦需要超高温度，工艺耗能大，因此导致人工石墨价格昂贵。此外，我国的低端聚酰亚胺薄膜已经基本满足国内需求，中高端聚酰亚胺薄膜依赖进口。人工石墨散热膜的行业集中度高，主要企业有日本松下、中国碳元科技等。
纳米碳散热膜的原材料是纳米碳材料（碳纳米管、碳纳米纤维、纳米碳球），使得纳米碳材料的散热功率跨度范围大，价格比人工石墨散热膜稍低，厚度最薄可以做到0.03mm。韩国SKC公司的纳米碳散热膜是行业标杆。
未来市场发展的趋势
5G时代对手机等移动终端的散热性能要求越来越高，石墨烯导热膜将会凭借优异的性能占据一席之地。石墨烯导热膜是石墨烯产业化的先行者，未来必将孕育属于石墨烯的杀手锏级应用。
龚慧萍 中国化工信息中心咨询事业部咨询师，毕业于复旦大学，物理化学硕士学位，拥有2年化工行业从业经验，专注于专用化学品行业信息研究与咨询。其专长领域包括能源、新材料、高分子等。曾在《氢能投资组合研究》《多元醇的中国市场研究》《中国新能源领域材料和化工品投资机会分析》《化工新材料及相关特种化学品行业扫描研究》等咨询项目中担任核心咨询顾问及项目经理的角色。