瑞典查爾默斯理工大學的研究人員開發了一種石墨烯組裝膜，其導熱率比石墨膜高出60%以上，盡管石墨是由多層石墨烯組成的。石墨烯薄膜作為一種高熱導材料在新型應用上顯示出巨大的潛力，比如用于形狀因子驅動的電子器件和其他高功率驅動系統。

    迄今為止，石墨烯研究界的科學家認為石墨烯組裝膜不可能比石墨膜具有更高的熱導率。單層石墨烯的熱導率介于3500和5000 W/MK之間。如果將兩個石墨烯層放在一起，那么理論上就變成石墨，因為石墨烯只是石墨的一層。

    石墨烯薄膜的層間聲子熱傳導比面間傳播更快，因此具有很高的面內熱導率（圖片來源： Krantz Nanoart）

    如今，在手機和其他功率器件中實用的用于散熱和擴散的石墨膜具有高達1950 W/MK的熱導率。因此，石墨烯組裝膜不應該具有比石墨膜更高的熱導率。

    最近，查爾默斯理工大學的科學家改變了這種狀況。結果表明，石墨烯組裝膜的熱導率可達3200 W/MK，比最佳的石墨膜高60%以上。

    石墨烯層間的高導熱性是由它結構的大晶粒尺寸、高平坦度和弱層間結合能共同作用的結果。因此，Johan Liu教授和他的研究小組從此下手，通過精準控制石墨層的晶粒尺寸和堆積順序來制備石墨烯膜。他們發現，石墨烯中的聲子熱傳導通過運動和振動程度決定材料熱性能，并且聲子在石墨烯層內的遷移速率明顯高于層間遷移。但現在他們解決了這個問題，讓石墨烯層間組裝起來依舊達到高熱導率。“這確實是一個重大的科學突破，它對現有的石墨薄膜制造業的轉型會產生巨大的影響。” Johan Liu說。

    此外，研究人員發現石墨烯薄膜的機械拉伸強度比石墨膜高三倍，達到70 MPa。“由于石墨烯薄膜具有超高導熱性和薄、柔性、堅固等結構優點，它作為一種新型的熱膨脹材料，在形狀因子驅動電子器件和其他高功率驅動系統的熱處理方面顯示出巨大的潛力。” Johan Liu說。

    由于無止境的小型化與集成化，現代電子設備和許多其它大功率系統的性能和可靠性受到了嚴重熱耗散問題的極大威脅。

    “為了解決這個問題，熱擴散材料在導熱性、厚度、柔韌性和堅固性方面必須具有更好的性能，以匹配電力系統復雜、高度集成的性質。” Johan Liu說：“商業上可用的導熱材料，如銅、鋁和人造石墨膜，將不再適合和滿足這些需求。”

    這種高質量的石墨烯薄膜制造工藝的知識產權屬于來自瑞典查默斯的公司SHT Smart High Tech AB，它專注于技術的商業化。

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責任編輯：殷鵬飛

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