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覆盖一层石墨烯真的能够有效增强散热?
点击次数:70 更新时间:2023-11-04

  石墨烯水平导热率比铝和铜(230)还要高,一般为1000多,但是垂直导热率却低的可怜5-60。于是我有一个问题,是不是石墨烯覆盖到其他金属表面能否有效加强散热?举个例子,下面为发热元件,上面一层为铜片,在上边为空气;如果再在铜片上加一层石墨烯,那么散热是增强了还是降低了?如果是增强了,那么按照推论,石墨烯覆盖到铜片的表面,那两种物质之间热传导率应该就是按照石墨烯的垂直传导率5-60来算,再由石墨烯传给空气,那么散热应该会降低才对吧。这样一算,反而好像不如铜片直接接触空气进行散热。

  对应实际案例: 1,笔记本散热器铜片上到底需不需要覆盖石墨烯加强散热?2,手机散热是不是可以除去石墨烯,直接采用薄薄的一层铜进行散热?如下的这种石墨烯覆盖的散热方法可不可取呢?

  手机背壳上帖石墨烯的思路应该是将整个背壳当做均热板,

  利用石墨烯水平导热率高垂直导热率低的特点,

  将芯片发出的热量均摊给整个背壳以达到散热的目的。

  见过在笔记本散热模组上帖铜箔和铝箔的,

  还真的没见过贴石墨烯的。

  着名的加拿大白嫖王linus测过一个石墨导热垫,:

  【官方双语】能用一辈子的导热介质! #linus谈科技

  散热和散热是不一样的。

  铜片也好,铜管也好,目的是为了把核心元件的热量带出来,避免降频影响性能。至于带出来的热量后面是靠风扇的主动散热还是空气的被动散热,都和它们无关。这一步,只要降到六七十度,基本问题就不大了。

  而石墨(强行石墨烯)则是为了使用者的舒适,利用了它垂直导热率不高的性质,一方面阻热,一方面把热量平铺开来,从而降低手机表面的温度。这一步,哪怕温度已经降到三四十度,还是会感到烫手。

  所以单纯从散热的角度来说,确实不如一整片的铜片,和外界接触的表面积越大,散热就越好。但是这样会出现一个问题……

  铁板熊掌普的名字就是这么来的。

  2018-05-20

  我会试着从产业及学术的角度来回答这个问题,说明前先谈到实用化这块。首先,石墨烯本身无粘附力,目前也无法直接长在铜片上,必须通过高分子做基材才能黏附在铜片上;第二,整个散热系统是先导热,通过界面后再同时进行辐射及对流。很多人忽略了石墨烯的发射率为 0.9 以上,而铜依结构不同在 0.05-0.78,既然要铜的导热好,就会牺牲发射率。宫非:深度思考系列H之九:大胆假设、小心求证-弄懂热传递并不难

  小米手机为何要用石墨散热膜?普遍都认知到金属在垂直方向的散热比碳材料好,但业者为何还要多此一举?因为电子产品趋向于微型化,并非所有都有空间放进铜管,必须在现有元件上想办法解决散热问题。宫非:打破砂锅问到底系列D之廿九:说是石墨烯业者,结果卖的是石墨导热膜

  为了找出这个答案,我们分别以散热粉末涂料在石墨烯涂层、炭黑涂层及铝板(对照组)做自然对流、强制对流的付费测试,发现有以下几个结论:

  **,在自然对流环境下,对流及辐射功率占比在石墨烯及炭黑涂层差异不大,但铝板的对流功率就占比很高(铝的发射率为 0.07)!而整个热传率还是跟着发射率而变化。

  第二,在强制对流环境下,对流功率占比就接近 85%,在辐射率不变条件下,是对流带动了整个散热效率。

  想要做到覆盖石墨烯并不靠谱,但以散热机理来看是一定有帮助的。至于有人提到会烫手,是因为散热速率低导致,如果垂直与水平面的热导率都很高,就不会存在这个问题。笔记本热管上刷一层石墨烯会对散热有帮助吗?

  石墨烯解决的是扩散热阻的问题

  首先纠正一下,严格来说,大部分手机、笔记本厂家使用的实际是石墨片,而不是宣称的石墨烯。

  而覆盖一层石墨片是能够有效增强散热的,题主之所以有这样的疑惑,是因为问题描述中画的应用场景示意图和石墨片的实际应用场景有差异。

  石墨片水平方向导热系数很高,但垂直方向上导热系数低,所以它的作用是均热。需要做均热的场景,一般意味着,热源面积小,而散热器面积大,所以热源贴在散热器上后,散热器表面温度不均匀。这样就需要把这个小面积热源的热量给均开,让散热器表面温度更均匀,从而强化散热。

  题主画的这个示意图,发热原件和铜片、石墨片一样大,这相当于热源和散热器面积一样大,那么散热器温度本身就是均匀的。这种场景下,石墨片均温效果显现不出来,反而会因为其比较差的垂直方向导热系数,恶化散热。

  下图就是石墨片的一个典型应用场景,红圈里的是需要散热的主芯片,可以看到石墨片的面积是远远大于芯片的。这种情况下,石墨片极高的水平导热系数可以将芯片的热量均匀开,从而有效增强散热。某无线充电器内部散热结构