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石墨烯散热是黑科技还是噱头

石墨烯散热是黑科技还是噱头

  • 分类:行业动态
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  • 来源:
  • 发布时间:2022-06-24
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【概要描述】石墨烯,是从石墨中剥离出来的,单层和两层石墨烯的颜色是透明的,3-10层的颜色是灰黑色。层数越多,颜色会越深一点。市面上看到的黑色的,都是炭黑或者碳管,冒充石墨烯的。或者大量碳管、炭黑复配少量石墨烯,所以颜色发黑,越黑,说明石墨烯含量越少

石墨烯散热是黑科技还是噱头

【概要描述】石墨烯,是从石墨中剥离出来的,单层和两层石墨烯的颜色是透明的,3-10层的颜色是灰黑色。层数越多,颜色会越深一点。市面上看到的黑色的,都是炭黑或者碳管,冒充石墨烯的。或者大量碳管、炭黑复配少量石墨烯,所以颜色发黑,越黑,说明石墨烯含量越少

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科技发展日新月异,现今电子设备趋向轻量薄型化,内部电子元件则越趋向于精密复杂,不仅内部元件散热难度随之提高,还须兼顾元件之间的电气特性以避免短路,尤其发热问题关系到产品的寿命以及其发挥效能所需的能量多寡。有鉴于此,轻薄短小的电子产品亟需更佳的散热机制来解决所产生的高热问题。

石墨烯,是从石墨中剥离出来的,单层和两层石墨烯的颜色是透明的,3-10层的颜色是灰黑色。层数越多,颜色会越深一点。市面上看到的黑色的,都是炭黑或者碳管,冒充石墨烯的。或者大量碳管、炭黑复配少量石墨烯,所以颜色发黑,越黑,说明石墨烯含量越少。

石墨烯具有优异的热传导特性,且热辐射系数超过0.95,因此无论就导热、散热或热管理的角度来看,从电子元件、零组件到LED,石墨烯若能提供符合设计需求的产品型态,则可有效改善现行散热产品的效能。

根据The Market for Thermal Management Technologies报告,热管理产品在全球市场的市值预估可由2015年的107亿美元成长至2021年的147亿美元,年复合成长率(CAGR)为5.6%,不仅显示热管理是一重要产业,也代表市场上对热管理产品的殷切需求。

众所周知,中高端散热器快睿,也推出了快睿c7全铜石墨烯增强版散热器,另外固态硬盘阿斯加特也推出了石墨烯散热马甲的固态硬盘,甚至,华为手机mate20也有了石墨烯散热加持,那么石墨烯散热涂层的加持,到底有没有作用。首先还得从热量管理的一些原理说起。

导热散热原理

电子产品部件中大量使用集成电路。众所周知,高温是集成电路的大敌。高温不但会导致设备运行不稳,使用寿命缩短,甚至有可能使某些部件烧毁,携带式设备还会对人体造成伤害。

导致高温的热量不是来自电子设备外,而是电子设备内部,或者说是集成电路内部。散热部件的作用就是将这些热量吸收,发散到设备内或者设备外,保证电子部件的温度正常。

一般来说,散热方式可简分为被动散热及主动散热。

主动散热:通过外力推动流体循环,带走热量。

被动散热:是利用物理学热胀冷缩的原理,流体自然循环散热或利用固体流体的比热容吸收热量使其达到散热的目的。

散热方式可细分为热传导、热对流及热辐射。

热传导:(thermal conduction)

是介质内无宏观运动时的传热,热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象,其在固体、液体和气体中均可发生。

热对流:(thermal convection)

是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移(对流),冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程,对流传热可分为强迫对流和自然对流。强迫对流,是由于外界作用推动下产生的流体循环流动。自然对流是由于温度不同密度梯度变化,重力作用引起低温高密度流体自上而下流动,高温低密度流体自下而上流动。

热辐射 (thermal radiation )

是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的热传方式。它不依赖任何外界条件而进行。

其中风扇强制散热顾名思义就是藉由风扇产生强力的空气对流,将热空气导出热源或灯具本体之外来进行散热,使用风扇强制散热可以藉由调控风扇转速而有效的将热排出,电脑或伺服器等电子产品若机构空间充足,大都以风扇进行强制散热,不仅成本低廉且是相当有效的散热方式。

被动式散热则包含自然对流散热与回路热管散热,其中自然对流散热是透过散热器,例如散热鳍片、灯具灯壳、系统电路板等和空气进行直接接触,散热器周边的空气因吸收热量成为热空气,接着热空气上升,冷空气下降,自然就会带动空气产生对流,达到散热的效果。对于机构空间有限的电子产品,如手机或平板电脑,乃至于LED灯源等不适合加装风扇的产品,大多采用此种散热方式。然而,此种方式的热交换驱动力仅来自热源与周围空气之温差,加大接触面积才能提高散热效果。

石墨烯散热的原理

随着处理器的运作频率不断提高与高功率LED产品的推出,越来越多的废热需有更大的散热表面积,然而采用自然对流方式的产品就是著眼于在有限空间之下提高散热表面积,此法无异是有违初衷,而且散热鳍片的材质虽然常选用热传导系数较高的铝和铜等金属材料,但是金属的高热传导性只能有效将热源的热经由单一的点扩散到金属面,降温的机制仍然要靠金属表面与空气之间的温度差以自然热对流的形式发散,且一般金属表面的热辐射系数偏低,表面热散能力相对不足,不利于以自然散热为主的散热模组。要进一步增加散热效果,须提高热辐射效率。

金属散热器的表面辐射率是很低的,这一点通过一个小小的测试就可以确定,在同样一个热源上100℃,放上一个表面涂有石墨烯涂层的铝片,同时放上一个未做任何处理的铝片,然后通过红外测温枪测试,你会发现未做任何处理的铝片温度很低,同样的热源,为何有这样的差别。因为红外测温枪主要是测量辐射热,而金属铝的表面发射率很低,散热一般,所以辐射热低,红外测温枪测出的温度也低,而有了石墨烯涂层的铝片,表面发射率变高,辐射散热变强,从而红外测温枪,测出的温度变高。

 

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