石墨烯散热材料的原理和应用

作者:兰洋科技    浏览量:5835    时间:2023年03月02日    标签: 石墨烯散热 散热材料

1.导热材料简介

随着电子器件以及产品向高集成度、高运算领域的发展,耗散功率随之倍增,散热日益成为一个亟待解决的难题。

传统的导热材料大部分为金属(Ag、Cu、Al等)、金属氧化物(Fe2O3、BeO、Al2O3等)、以及其他非金属材料(石墨、炭黑、AlN等)。一直以来,在电子器件和产品散热等领域,铜质、铝质等传统散热材料都被应用;近年来兴起的石墨烯散热材料,凭借其优异的导热特性、快速散热特性(与空气对流)以及质轻柔韧等特性,被认为是一类极具竞争力的散热材料。

表1为金属材料以及新材料的导热数据。

2.石墨烯散热原理

在热力学中,石墨烯散热膜的散热包括传导Conduction、对流Convection和辐射Radiation等几种方式,如图1所示。具体举例而言,CPU散热片底座与CPU直接接触带走热量的方式就属于热传导;常见的散热风扇带动气体流动即热对流;热辐射指的是依靠射线辐射传递热量。一般情况下(400摄氏度以下),散热系统中主要依赖的还是热传导和热对流,其中热传导主要与散热器材料的导热系数和热容有关,热对流则主要与散热器的散热面积有关。

▼图1

▲石墨烯散热膜的散热基本原理

3.石墨烯散热膜的优势和应用

 当然,作为高导热系数的石墨烯散热膜并非全能材料;但是在一定的应用条件下,它具有一定优势,如在局部过热、需快速导热、空间限制等应用条件下,可以针对性地选用石墨烯散热膜,当然有时也需要跟金属散热器配合使用。

石墨烯散热膜是一种很薄,且具有柔韧性的的导热材料,综合性能优异,为电子产品的薄型化发展提供了可能。石墨烯散热膜具有良好的再加工性,可根据用途与PET等其他薄膜类材料复合。此外,这种材料有弹性,可裁切冲压成任意形状,并可多次弯折;可将点热源转换为面热源的快速热传导,具有很高的导热性能。除了传统方法之外,石墨烯散热膜是提供散热管理或在有限区域内功率器件散热或者提供辅助功率器件散热的理想材料,

4.石墨烯散热材料应用场景:

1>局部过热下的应用情景
石墨烯散热膜具有较高的水平导热系数,因此,它能够将热量进行快速的水平方向的传导,使水平方向整个表面热量分布均匀,消除局部过热。如下图。

2>垂直散热空间限制下的情景

如果垂直散热空间有限,用金属散热器无法保证有效的散热面积,同时导热系数也有可能偏低,因此可以利用石墨烯散热膜进行水平方向的延展。如下图。

散热系统需要结合具体的应用环境进行整体考虑,包括吸热能力、导热能力和散热能力等方面;考虑到实际应用受到众多条件的制约,需要快速建立热平衡才能发挥大的散热效应。

本文标题:石墨烯散热材料的原理和应用

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