中国粉体网讯 导热材料是一种提升热传导中的均热和导热效率的材料，用于保障电子设备系统的可靠性和使用寿命。按照其应用场景和形态性质来分，主要包括石墨散热膜、导热散热材料（热管、均热板等）和导热界面材料（如导热硅脂、导热凝胶等）。
导热材料的产业发展可以追溯到20世纪50年代，当时的导热材料以铝和铜为主；20世纪60年代到70年代，有机硅材料开始迅速发展，热管出现。20世纪70年代至21世纪初，石墨材料迅速发展并得到了广泛的应用，此后，随着5G、动力电池等新型产业的发展，导热需求激增，新型的热管理材料不断发展。
（一）厚型石墨膜
天然石墨膜是第一种石墨系均热材料，也是最早被使用的均热材料。高碳鳞片石墨通过化学处理、高温膨胀轧制就可以得到天然的石墨膜，制造工艺简单，且我国天然石墨储量丰富，成本优势突出。天然石墨膜的问题在于以下两点：一是作为天然产品，其片层容易出现结构缺陷，从而会影响到局部均热性能；二是虽然天然石墨的横向导热能力已经超过绝大部分的材料，但其纵向导热性能不够突出，主要应用于低端产品领域。
为解决天然石墨的厚度和纵向导热的问题，合成石墨应运而生。合成石墨依托于石墨片层的高导热性能，通过增加厚度或设计多层结构叠合的方式，提高整体或者局部厚度，具有纵向导热性强、易于加工等特性，能够满足电子产品的需求，目前合成石墨正在逐渐替代天然石墨。
石墨膜生产工艺（图源：安信证券）
随着消费电子产品的大功率化，高导热石墨膜逐渐由传统单层、薄的石墨膜向复合型、厚型石墨膜发展。单层、薄的石墨膜受制于其本身的结构和尺寸，导热性能有一定的上限，因此在一些需要更高导热性能的应用场合，需要更厚的多层石墨膜来实现，多层石墨膜的市场占比逐步上升。而厚型石墨膜的厚度和多层薄层的石墨膜厚度一致，但单层厚型石墨可减少粘的层数，能够增强热通量，实现更好的导热性能，因此单层厚型合成石墨膜具有广阔的应用前景。
（二）石墨烯
石墨烯是新型均热材料，有“六边形战士”之称，具有很强的横向导热性和柔性。石墨烯是指单层的碳原子层，其理论导热系数高达5300W/m·K，是迄今为止导热系数最高的物质之一。随着电子产品性能的不断增强，越来越高的均热需求带动了石墨烯膜的使用。除了高导热性外，石墨烯膜的柔性也是其重要性能。比如在折叠手机领域，天然石墨和合成石墨都具有较高的刚度，无法实现折叠过程，而石墨烯具有很强的柔性，三星、华为等厂商推出的折叠屏手机几乎都选用石墨烯导热膜为其核心均热组件。目前，国内具有石墨烯膜生产供货能力的厂商包括中石科技、富烯科技、深瑞墨烯、斯迪克等。
石墨和石墨稀结构对比（图源：安信证券）
（三）超薄热管
热管具有快速均温特性，由外部的空心金属管和内部的可相变液体组成。其工作原理是借由空心金属管腔内持续循环的液汽二相变化过程，使管体表面快速均温。热管普遍运用于各式热交换器、冷却器等，主要承担快速热传导的任务，是目前电子产品的散热装置中最普遍高效的导热元件。热管呈细长状，在均热的同时，能将热量沿管传导到散热组件附近。热管设计比较灵活，在个人电脑（PC）、智能手机有重要应用，智能手机中的热管厚度要远小于个人电脑的热管厚度，被称为超薄热管，随着电子产品轻薄化的发展趋势，其厚度也在逐渐降低，超薄热管具有更广阔的市场发展前景。
（四）超薄均热板
均热板属于高端均热器件，主要应用于厚度或重量敏感型设备。均热板一般由外部的铜和内部的可相变冷凝液组成，其结构和均热原理上与热管相似，区别在于均热板呈现出二维板状。透过传导、蒸发、对流、凝固四个步骤，将点热源释放的热量均匀分布在整个平面上。均热效果超过石墨系材料，仅均热单板就能达到整个平面均热的效果，相较于厚重的热管，均热板更加轻薄，更适用于手机，在高性能发热量较大的手机上具有天然的优势，除了手机外，少部分高端笔记本电脑也采用均热板工艺。厚度的降低是均热板的发展趋势，早期个人电脑和智能手机均热板的厚度为2-5㎜，2㎜以下的均热板被称为超薄均热板，现经过不断研发，其厚度已达到0.5㎜以下，并实现多场景的应用。
采用均热板散热的手机（图源：华硕）
（五）混合填充热界面材料
热界面材料一般由基体材料和填充物两部分组成。基材主要用于保证热界面材料能遍及所有存在空气缝隙的位置，主要选用具有流动性的高分子聚合物。填充物则选用各类高导热系数的材料，如：金属及金属氧化物、氮化物、碳化物等，以提高传热效率。增加导热功能填料是提高热界面材料导热性的有效手段，相较于增加单一导热粒子的数量，不同粒径混杂填充更能提升热界面材料的导热效率。在不同粒径配比下，复合材料的粘度和导热系数随填料相对含量的变化情况是不同的。采用粒径大小不同的粒子混合填充可以提高填充量，小粒子填充大粒子形成的空隙，二者紧密堆积，可以形成更加良好的导热通路。
热界面材料散热原理（图源：LED学院）
（六）复合型导热相变材料
导热相变材料主要应用于要求热阻小、热传导效率高的高性能器件，可靠性高，安全性强。其工作原理是利用相变过程进行导热，当温度达到相变点时，导热相材料会发生相变，由固态转变为流动态，在压力下流进发热体和散热器之间的不规则空隙，填充空隙，挤走空气，降低接触面的热阻。相变过程中能够将热量吸收，起到控温调温的作用。
导热相变材料主要有有机相变材料和无机相变材料两类。有机相变材料如石蜡、脂肪醇等，具有化学稳定性好、相变热大等特点，但导热性较差，常与高导热填料（如石墨、碳纳米管等）复合使用以提高导热性能。无机相变材料如低熔点金属，则具有较好的导热性能和更高的相变温度，但存在相对较低的化学稳定性和相变热的问题。复合相变材料可以兼顾高安全性和高导热性，将成为导热材料的发展重点。
参考来源：恒州博智、安信证券
（中国粉体网编辑整理/梧桐）
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