导热石墨及其应用解析

随着电子市场对功率密度的需求持续攀升，散热挑战日益严峻。热管理需从发热元件到环境形成完整链条，而热界面材料（TIMs）则用于高效传递接触面间的热量，或填补较大间隙。现有多种热界面材料，各具适用场景与优缺点。本文旨在评估导热石墨的热学与机械性能。

1/ 什么是导热石墨？

                                                石墨的化学结构

导热石墨是一种高导热性热界面材料，具有超薄石墨膜结构（厚度以微米计）。

石墨由层状结构构成：层内通过强共价键结合，层间则由弱范德华力连接。其物理性质呈各向异性——平面内导热系数高达约1800 W/(m·K)，而垂直方向仅5~20 W/(m·K)，使其兼具优异散热与绝缘潜力。

导热石墨主要分为天然石墨与合成石墨两类。为满足生产需求，可参考此文：导热石墨：天然与合成类型对比。

            石墨层状结构示意图。层间通过弱范德华键连接。

导热石墨通过高温烧结工艺制成：在真空环境中将聚合物薄膜加热至分解温度，碳化后石墨化，最终形成高度定向的石墨材料。其片状石墨烯晶体层叠排列，使平面方向（x-y）导热性远超垂直方向（z）。

2/ 导热石墨的核心优势

在5G、物联网（IoT）推动下，设备小型化与数据吞吐量激增，散热需求愈发紧迫。导热石墨以铜的1/5重量实现5倍于铜的导热性能，优势显著：

低热阻：热阻表现媲美导热硅脂

高可靠性：-40°C至400°C稳定工作，长期热阻变化极小

高导热性：平面导热达1800 W/(m·K)，垂直方向约15 W/(m·K)

轻量化

定制化形状

背胶设计：支持“撕贴”快速安装

EMI屏蔽：保护敏感电子元件

柔韧性：可耐受反复弯折

尽管性能卓越，实际应用中仍需考虑施工工艺与环境适配。

3/ 导热石墨的应用领域

导热石墨凭借1800 W/(m·K)的平面导热性与超薄特性，可轻松贴合各类散热器或元件表面，适用于以下场景：

汽车电子

传统燃油车：发动机管理、电子悬架、制动系统、车载通信与多媒体

电动汽车：电池热管理、冷却系统

半自动驾驶：激光雷达（LIDAR）、红外相机与传感器的热扩散

显示屏

高温环境：高亮度显示屏、户外设备

轻薄设计：移动设备、超窄边框电视

曲面/折叠屏：贴合不规则表面实现高效散热

航空航天与医疗设备

关键电子元件：柔性石墨散热片保障传感器与精密电路稳定性

EMI屏蔽：敏感设备的电磁干扰防护

其他领域

移动设备、通信基站、服务器、游戏主机

半导体、CPU/GPU、高功率电池、太阳能系统