目前在导热散热领域中,被广泛研究的石墨烯散热材料类型包括石墨烯导热膜、石墨烯导热高分子复合材料、石墨烯基金属复合材料、石墨烯散热涂层等。以石墨烯导热膜为代表的石墨烯散热材料是当前热管理领域最具有前景的新型散热材料之一,是工信部鼓励首批次示范应用的前沿新材料。
石墨烯导热膜具备高热导率、轻量化、柔韧性好等特性,已在中高端智能手机、平板电脑等消费类电子产品散热领域实现了大规模的商业化应用,未来有望成为折叠屏智能手机、智能可穿戴设备等细分领域的主流散热方案。
此外,航空航天领域对散热材料的轻量化、高导热率等要求十分严苛,“宇航级”石墨烯导热膜已经成功实现应用;全球互联网数据流量不断增长拉动 ICT设备需求,石墨烯散热材料应用潜力逐步显现;芯片功率密度持续提升,催生对高导热热界面材料的需求。石墨烯导热膜逐步向半导体封装、新能源汽车等热管理领域拓展。
高性能石墨烯导热膜的产业化需要跨越两大技术障碍
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。
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。
②石墨烯导热膜的结构修复与热导率提升技术
尽最大可能修复石墨烯膜中微观结构的缺陷,是提高石墨烯膜导热性能的关键。将单层石墨烯中的优异热导率有效保留到数百微米厚度(百万层)薄膜中,是在产品中发挥石墨烯热导率的核心要求。在石墨烯高定向组装的基础之上,尽最大可能修复石墨烯中微观结构的缺陷,使之在单层面内恢复理想石墨烯结构,但在层间尽可能降低相邻石墨烯片层对于热导的散射与影响,需要对石墨烯的结构修复工艺进行精确控制,并深入理解材料处理工艺与产品最终性能之间的关系。
随着石墨烯导热膜在智能手机、平板电脑领域的规模商业化应用,石墨烯导热膜已初步形成由上游原材料到下游终端应用的完整产业链,但行业仍处在产业化初期阶段,国内具备石墨烯导热膜量产能力的企业较少。
石墨烯导热膜在如今热处理需求爆发的高科技时代前景广阔。下面我们一起来了解一下相关生产企业。
01常州富烯科技股份有限公司
常州富烯科技股份有限公司成立于2014年12月,是一家专注新材料(石墨烯)领域多年,拥有多项自主知识产权,致力于石墨烯高导热/强电子屏蔽材料研发、生产和销售为一体的高新技术企业。通过多年自主研发,研发了独有创新技术并制备出拥有优异性能的石墨烯导热膜。全资子公司雅安富宏新材料有限公司建设有年产240万平方米石墨烯导热膜,项目一期已进入调试生产阶段。公司产品主要合作伙伴有瑞声科技、华勤、华为、比亚迪、飞荣达、领益智造、富士康等。
02广东墨睿科技有限公司
广东墨睿科技有限公司成立于2015年10月,一家专门从事石墨烯等低维纳米材料应用开发的高科技新材料公司。墨睿科技的石墨烯热管理应用产品:石墨烯导热膜、石墨烯导热均温板,石墨烯导热硅脂,石墨烯导热相变材料、微纳腔石墨烯复合超导膜等在耐候性、热通量、导热性等关键指标上表现优秀,石墨烯导热膜产品已经稳定供应如小米、努比亚等主流手机厂商,并实现了年产120万平方米的供应能力。公司核心技术依托蔡金明博士研究团队,目前已获得包括深创投、小米长江产业基金、广发信德、碧桂园创投、晨道资本、六脉资本、瀚晖资本等资本加持。
03深圳市深瑞墨烯科技有限公司
深圳市深瑞墨烯科技有限公司成立于2017年3月,是由贝特瑞新材料集团股份有限公司,瑞典SHT公司和惠科股份有限公司等投资创建的一家致力于石墨烯热管理新材料产业化应用的高科技企业。深瑞墨烯拥有以瑞典皇家工程院院士刘建影为首席科学家、辅以多名海归博士人才的研发团队。现已成功实现年产40万平方米新型石墨烯导热膜的量产。导热膜厚度可定制范围:25~300um,导热系数最高可达1700W/(m·K),产品已通过国内顶尖手机厂商(OPPO、一加、Realme等)技术论证,获得市场认可。
04中科悦达(上海)材料科技有限公司
中科悦达(上海)材料科技有限公司由中科院上海微系统所、江苏悦达集团和丁古巧博士团队三方于2018年3月共同出资成立的高科技企业。全资子公司上海烯望新材料科技有限公司从事石墨烯材料和产品研发,控股子公司江苏烯望新材料科技有限公司从事石墨烯散热膜研发和生产,2021年底年产能扩产至150万平方米。
05武汉汉烯科技有限公司
武汉汉烯科技有限公司成立于2019年10月,紧密依托武汉理工大学何大平教授技术团队和湖北省射频微波技术研究中心,研发具备高导热和高导电的宏观石墨烯膜。2021年11月获千万融资用于生产线扩产,产能将达到60万平米/年(25微米厚度计算)。新产线将用来满足差异化机型以及开发厚石墨烯膜以取代VC均热板。目前部分合作伙伴有杉杉股份、华为海思、中电科技集团等。
06杭州高烯科技有限公司
杭州高烯科技有限公司创建于2016年,致力于单层石墨烯及其宏观组装材料的研发、生产及技术服务。成功开发出石墨烯”1+3+3型”产业链技术和产品,即以单层氧化石墨烯为核心,制备3种量产材料(石墨烯多功能复合纤维、石墨烯电热膜、石墨烯导热膜),以及3种战略储备技术(石墨烯基碳纤维、石墨烯气凝胶、石墨烯光电子芯片)。公司核心技术依托浙江大学高超教授研究团队和20多名专职研发人员。
07星途(常州)碳材料有限责任公司
星途(常州)碳材料有限责任公司成立于2021年6月,为宝泰隆控股孙公司。公司石墨烯导热膜产品的生产过程实现了从原材料制备、物料分散、涂布成型、高温处理、压延、模切等全工艺段的自主可控,持续推进石墨烯导热膜全产业链布局。石墨烯导热膜已通过上海龙旗的产品初步验证和审厂认证,取得上海龙旗 100pcs 石墨烯导热膜产品适配性验证订单,用于华为相关产品的开发验证。石墨烯导热膜主要应用于智能手机、液晶显示器、平板电脑、无人机、LED等3C电子类产品全方位导热散热体系。
08佛山市晟鹏科技有限公司
佛山市晟鹏科技有限公司成立于2021年3月,主要从事以二维氮化硼、石墨烯为代表的二维材料及其器件的研发、生产、应用开发及市场推广,是深圳市盖姆石墨烯中心的重点产业转化项目之一。公司核心技术依托于中科院院士成会明教授带领的国际顶级科研团队。公司开发的新型高性能5G热管理材料核心性能已大幅度领先国外竞品,在电子封装热管理领域走在了世界前列。
09浙江墨原新材料有限公司
浙江墨原新材料有限公司成立于2021年4月,是一家专注于石墨烯导/散热膜研发、生产和销售的高新技术企业,公司正在建设年产100万平方米石墨烯导热膜生产线,产品已通过相关下游客户验证。公司核心技术依托宁波石墨烯创新中心技术团队。
10江苏宝烯新材料科技有限公司
江苏宝烯新材料科技有限公司成立于2020年,专注于石墨散热材料的开发,提供各种厚度及不同导热性能的人工石墨和石墨烯导热膜。公司核心技术来源于西南石油大学等高校,可实现50-400 μm厚度可调、导热系数在1500 W/(m·K)以上的导热膜规模化生产。已建成一期年产40万平方米石墨烯原膜,项目投资8000万元,二期拟扩产到200万平方米/年。
11深圳稀材科技有限公司
深圳烯材科技有限公司成立于2017年12月,主要从事以石墨烯为代表的低维材料及其器件的研究、生产、应用开发和商业推广事业。已形成包含基础二维材料、二维材料薄膜制备设备、功能性膜材料以及二维材料应用产品的四大产品系列,现已实现销售。公司核心技术来源于任文才博士团队。
12深圳稀导技术有限公司
深圳稀导技术有限公司是国内石墨烯散热材料领先企业,是由深圳中讯源科技集团投资成立,目前稀导技术已经布局了石墨烯散热材料的全产业链。从石墨烯提取,到浆料配方、涂布及模切等都拥有自己的生产基地。拥有自主研发核心专利的六大系列产品:石墨烯散热薄膜、石墨烯散热基板、石墨烯改性塑料、石墨烯涂层、陈列式碳纳米管、复合材料。
13安徽宇航派蒙健康科技股份有限公司
宇航派蒙成立于2006年,是集生产、制造、销售于一体的中国石墨烯热管理应用领军企业。宇航派蒙自主研发石墨烯导热膜,可应用于智能手机、平板电脑等电子产品的散热,目前已经完成中试即将量产,成为华为核心生态链商家。
14砥创(苏州)新材料科技有限公司
砥创(苏州)新材料科技有限公司成立于2017年10月,公司可提供高纯度、尺寸可定制的“单层氧化石墨烯和石墨烯”浆料、粉末等产品。砥创科技与上海交通大学合作,成立了新材料技术联合研发中心,研发的超大尺寸石墨烯导热膜,已经达到规模化生产。
15江苏斯迪克新材料科技股份有限公司
江苏斯迪克新材料科技股份有限公司成立于2006年,专业从事新材料产业的多功能涂层复合材料研发、生产与销售。主要产品包括功能性薄膜材料、电子级胶粘材料、热管理复合材料和薄膜包装材料四大类。2017年投建墨烯导热膜产业示范园项目,其中一期厂房面积5000平方米,共有石墨碳化设备,石墨化膨胀设备15套,45台;将形成年产120万平方米人工合成石墨烯散热膜产量,全部布局完成将实现年产石墨烯相关应用产品450万平方米每年,目前有部分产品已在客户端验证。
16泰兴挚富新材料科技有限公司
泰兴挚富新材料科技有限公司成立于2019-03-25,是苏州锦富技术股份有限公司子公司。锦富技术初创于1998年,主要从事电子产品精密部件、液晶显示模组(LCM和BLU)、智能检测及自动化装备的研发、加工制造、销售与技术服务。2021年12月锦富技术募集资金5.87亿元用于年产能 400 万平方米高性能石墨烯散热膜生产基地建设项目。
17北京中石伟业科技股份有限公司
北京中石伟业科技股份有限公司成立于1997年,自主研发和生产电磁兼容、屏蔽及导热产品,解决智能电子设备在复杂且恶劣的电磁干扰环境和发热运行环境下可靠性问题。中石科技在现有高分子复合材料及人工合成石墨烧结技术研发能力的基础上,目前建立了石墨烯高导热膜技术研发平台,石墨烯产品已经在客户高端及预研型号上进行性能验证。
18河南易成新能源股份有限公司
河南易成新能源股份有限公司成立于1997年11月,是一家以新材料、新能源、节能环保为主导的混合所有制上市企业。全资子公司开封平煤新型炭材料科技有限公司主要从事石墨烯导热膜和燃料电池双极板等新型炭材料进行研究与开发,石墨烯导热膜示范线项目技术来源于清华大学,目前已经完成中试,项目建成后预计产能为20万平方米/年。
19奇华光电(昆山)股份有限公司
奇华光电(昆山)股份有限公司成立于2002年,2014年导入石墨烯的研发,并于2017年取得重大突破。子公司常州市金坛碳谷新材料科技有限公司主要从事石墨烯导热材料研发、生产、销售,主要生产石墨烯导热膜、超薄石墨烯薄膜等导热散热材料,投建有年产石墨烯导热膜 1500 万平方米项目。
20上海利物盛企业集团有限公司
上海利物盛企业集团有限公司于2010年起成立了以专家、博士、硕士等组成的石墨烯产业技术研发中心,创立上海石墨烯应用科技孵化园,拥有自身独立的石墨烯产业技术研发中心,已有石墨烯全屋采暖系统、石墨烯高导热散热膜、石墨烯水性涂料、石墨烯润滑油添加剂等产品问世。
21浙江道明超导科技有限公司
浙江道明超导科技有限公司成立于2020年10月,是道明光学股份有限公司旗下全资子公司,是一家专业从事石墨烯导热膜及石墨烯材料研发、生产和销售的高科技企业。2020年投建年产100万平石墨烯膜产线项目。
22深圳莱必德科技股份有限公司
深圳莱必德科技股份有限公司成立于2009年,产品主要有:石墨烯材料(石墨烯加热板、石墨烯粉体、石墨烯浆料、石墨烯散热膜)、导热材料(导热硅胶片、环氧导热胶、导热硅脂、导热凝胶、导热双面胶)、散热材料(石墨烯铜箔、石墨烯铝箔、人工石墨、天然石墨)、可移胶等。
23深圳垒石热管理技术股份有限公司
深圳垒石热管理技术股份有限公司是一家专注于电子产品散热材料研发、生产及销售的高新技术企业,主要产品包括石墨散热膜、热管、均温板等。深圳垒石已掌握有成本竞争力的石墨烯及石墨烯散热膜生产技术,同步实现从制浆到涂布全自动连续生产的制程工艺,可在制程上实现对石墨烯散热膜厚度的自由控制,有效加强了散热效果,能够满足高功耗设备的散热需求。
24东莞市鹏威能源科技有限公司
东莞市鹏威能源科技有限公司成立于2012年3月16日,是一家新材料产业群与新能源的综合性高科技有限公司。新材料主要以”石墨烯材料”应用研发为主线,围绕石墨烯锂电池电极材料、石墨烯散热材料、石墨烯发热材料、石墨烯屏蔽吸波材料等产业方向。已开发产品包括散热涂料、导热胶垫、铜基石墨烯膜,石墨烯复合膜等。
25苏州锦富技术股份有限公司
苏州锦富技术股份有限公司初创于1998年,主要从事电子产品精密部件、液晶显示模组(LCM和BLU)、智能检测及自动化装备的研发、加工制造、销售与技术服务。2021年12月锦富技术募集资金5.87亿元用于年产能 400 万平方米高性能石墨烯散热膜生产基地建设项目。
26贵州新碳高科有限责任公司
贵州新碳高科有限责任公司成立于2011年,是国内最早从事石墨烯研究及应用产品开发的研究型新材料高科技企业。2013年4月,贵州新碳和上海新池能源合作成功研制生产出柔性石墨烯散热薄膜。