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本專欄為非專業性、非學術性科普,如有錯誤歡迎提出糾正

石墨烯這個名詞已經被泛化使用,本專欄粗略論述石墨烯與石墨烯類產品的物理效能。

1.單層連續石墨烯

1.1   具有“類超導”特性,二維平面縱向的導電、導熱、光學效能優異;是已知強度最高的材料之一;能發射較強的紅外線,熱輻射效能強。

1.2  主要由氣相沉積法、氧化還原法制備,單層厚度為nm級。薄膜的連續面積以cm2計量,碎片的粒徑以um計量;低粒徑的產品製成分散液,計價單位為mg/100mL,用於化學分析研究;面積在cm2以上的石墨烯成品率與產量極低,主要用於科研,無實際生活工業用途;

2.多層石墨烯

2.1  為多層石墨烯疊加,形狀不規則,單塊多層石墨烯在其縱向平面上具有單層連續石墨烯的特性(參上)。

2.2  主要是機械剝離法制備,相對產量高,產品一致性差,根據其粒徑、層數進行篩分。主要用於工業生產的層數在10-100層左右,粒徑um級別,計價單位為g。(通常認為100層以上為石墨)

3.金屬氧化物石墨烯

3.1  金屬氧化物與石墨烯的複合材料,具有媲美金屬的導熱、導電性

3.2  主要由氧化還原法制備,暫處於研究階段。因其製備複雜、純度低、成本較高,且未發現具有超越的替代性的優異效能,未用於實際工業生產。(就像礦泉水很好,但主要還是喝白開水)

4.石墨導熱片

由石墨粉末與粘連劑、填充劑等混合製成的混合物,石墨含量不高,具有非金屬材料中較好的導熱性和低電氣環境下的絕緣性,具有一定的熱輻射與電磁遮蔽效能,成型好易於加工,材質柔軟,廣泛用於積體電路的散熱,導熱率徘徊在6-10Wm/K,受限於必要的絕緣性,石墨含量提升空間有限,且石墨本身導熱性不強,整體導熱效能提升空間小。

5.石墨烯導熱片

由多層石墨烯粉末與粘連劑、填充劑等混合製成的混合物,石墨烯含量不高,相較於石墨導熱片具有更好的導熱性、熱輻射與電磁遮蔽效能,其餘效能參考石墨導熱片。導熱率能做到20多Wm/K,且具有較大提升空間,但同樣會犧牲絕緣性。

6.石墨烯發熱材料/散熱塗層

發熱、散熱的主體並不是石墨烯,而是在主體中摻入或者塗抹石墨烯來改良其熱輻射效能,使得熱輻射具有更高的能量,提高被加熱物體熱輻射吸收效率。塗層因塗層的厚度過薄且石墨烯碎片無序混雜,不體現單層連續石墨烯的強導熱性。但石墨烯本身具有較高的熱輻射吸收率,能更好地吸收來自周圍石墨烯發出的熱輻射,能起到一定的均熱較果,提高散熱效率。

總結:

受限於生產成本,目前石墨烯的主要用途是改良,通常不起主體作用,且大多數用的是多層石墨烯粉末,在無序混雜後並不具備單層連續石墨烯的超強導熱導電性。由於公眾對於石墨烯的實際生產應用瞭解不足,較多商家以石墨是石墨烯的無序複合體這一觀點出發,用混雜石墨烯製品甚至是石墨製品,標榜單層連續石墨烯的超高效能,造成虛假宣傳與公眾認知錯誤,特立此專欄,盡己所能糾正。





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