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 LED照明產(chǎn)業(yè)在近幾年被認(rèn)為是最具潛力的產(chǎn)業(yè)。

 LED燈由于高效、節(jié)能、長(zhǎng)壽命等特性，正在逐步取代白熾燈、熒光燈成為照明的主流光源。除了常規(guī)照明，LED在商業(yè)廣告、廠房、道路照明、櫥柜燈、養(yǎng)殖等非主照明領(lǐng)域也擁有很高的應(yīng)用價(jià)值。

 由于LED的芯片工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定熱量，如果不將熱量及時(shí)散出，會(huì)影響燈的使用壽命。目前，在組裝LED燈時(shí)通常采用鋁基作為散熱器，因其導(dǎo)熱性能要遠(yuǎn)高于塑料，但缺點(diǎn)是成本高，且金屬的成型加工難度大。

 現(xiàn)在，石墨烯的出現(xiàn)打破了這一局面。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和熱輻射效應(yīng)，將石墨烯分散在塑料中制備導(dǎo)熱塑料，通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射的疊加進(jìn)行散熱，可以完全滿足LED的散熱需要。

 LED導(dǎo)熱塑料項(xiàng)目就是采用石墨烯與尼龍等聚合物復(fù)合而成的高性能散熱塑料。相比于金屬鋁，導(dǎo)熱塑料成本低、質(zhì)量輕、散熱性優(yōu)異、易于注塑成型，可以很方便地加工成各種形狀的LED燈底座和燈罩。自導(dǎo)熱塑料作為L(zhǎng)ED散熱材料后，使LED燈的重量更輕，加工更簡(jiǎn)便，通過(guò)模具注塑加工即可得到散熱器，滿足了LED的規(guī)模化高效生產(chǎn)。

 目前，國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)布局LED導(dǎo)熱塑料，在專利技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備、原材料選擇等方面逐步完善，市場(chǎng)上已有石墨烯與PA、PPS、PP等塑料基材復(fù)合的導(dǎo)熱塑料被用于LED的散熱器。

 根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)LED照明市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)6000億元，而且每年保持10%以上的增長(zhǎng)率，這為導(dǎo)熱塑料提供了巨大市場(chǎng)空間。LED產(chǎn)業(yè)中導(dǎo)熱塑料正在全面替代金屬鋁，市場(chǎng)潛力巨大。

 據(jù)了解，生產(chǎn)石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱塑料主要還是采用成熟的塑料改性設(shè)備，對(duì)設(shè)備沒(méi)有特殊的要求，投資一個(gè)年產(chǎn)2000噸石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱塑料的生產(chǎn)線，設(shè)備投資約在200萬(wàn)左右。目前石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱塑料的成本大概是2.5萬(wàn)元/噸，售價(jià)是3.0萬(wàn)元/噸；一年的利潤(rùn)可以達(dá)到1000萬(wàn)。石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱塑料在目前的改性塑料行業(yè)中，屬于回報(bào)率高、附加值高、優(yōu)質(zhì)環(huán)保的投資項(xiàng)目。

 常見(jiàn)的LED散熱材料

 大功率LED照明解決方案中遇到的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是散熱設(shè)計(jì)和過(guò)熱保護(hù)。LED光源需要的功率和熱管理系統(tǒng)，因?yàn)榕c其他光源相比，提供給LED的電能大部分轉(zhuǎn)換為熱量。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)臒峁芾?，這種熱量會(huì)影響LED壽命和色彩輸出，解決好LED照明燈具的散熱問(wèn)題是燈具設(shè)計(jì)中不可或缺的環(huán)節(jié)。

 LED照明燈具中常用的導(dǎo)熱材料按其在燈具中的作用主要分為：結(jié)構(gòu)性導(dǎo)熱材料和填補(bǔ)性導(dǎo)熱材料。

 結(jié)構(gòu)性導(dǎo)熱材料除了作為燈具的殼體功能外，同時(shí)兼做LED光源散熱之用，如導(dǎo)熱塑料等。而填補(bǔ)性導(dǎo)熱材料主要用于發(fā)熱件跟散熱件之間，作為兩者之間銜接導(dǎo)熱之用，由于導(dǎo)熱界面材料相對(duì)于發(fā)熱元件和金屬散熱片的導(dǎo)熱率低，所以導(dǎo)熱材料的選擇也很關(guān)鍵，這決定了熱傳輸?shù)目炻?/span>

 以下是幾種用于大功率LED方案的導(dǎo)熱界面材料：

 導(dǎo)熱硅脂：具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性、電絕緣性、使用穩(wěn)定性、耐高低溫性等特點(diǎn)，是目前大功率LED照明燈具常用的導(dǎo)熱材料；

 導(dǎo)熱硅膠片：填充發(fā)熱器件和散熱片或金屬底座之間的空氣間隙，達(dá)到發(fā)熱部位與散熱部位間的熱傳遞，同時(shí)還起到絕緣、減震等作用，能滿足小型化及超薄化的設(shè)計(jì)要求，使用方便性是導(dǎo)熱硅脂無(wú)法比擬的。

 導(dǎo)熱雙面膠：粘接發(fā)熱片與散熱片之間，使用簡(jiǎn)單便捷，利于提高生產(chǎn)效率。

 粘接密封膠：一款室溫固化的單組份有機(jī)硅粘接密封膠，對(duì)絕大多數(shù)金屬無(wú)腐蝕；具有卓越的抗冷熱交變性能、耐老化性能和電絕緣性能，優(yōu)異的防潮、抗震、耐電暈、抗漏電性能。

 散熱材料發(fā)展趨勢(shì)

（1）多元化、組合化散熱方案逐漸成為市場(chǎng)主流

 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，隨著智能設(shè)備運(yùn)行功率的增加，傳統(tǒng)單一的散熱方案已不能滿足高性能產(chǎn)品多元化的散熱需求。新型散熱材料的出現(xiàn)，使得電子設(shè)備散熱方案進(jìn)一步擴(kuò)充，散熱方案逐漸演變?yōu)槎喾N材料“協(xié)同運(yùn)作、并駕齊驅(qū)”的散熱模式。在 5G 時(shí)代，作為基礎(chǔ)散熱材料的石墨散熱膜，可與熱管、均溫板、石墨烯散熱膜等高效散熱材料搭配使用，在高端智能設(shè)備市場(chǎng)發(fā)揮巨大優(yōu)勢(shì)，且不斷向中低端智能設(shè)備滲透。

 未來(lái)，電子產(chǎn)品、5G 基站、大型服務(wù)器等設(shè)備的散熱方案均將朝著多材料、立體化的組合散熱方式繼續(xù)邁進(jìn)。

（2）石墨散熱膜未來(lái)仍為主流散熱材料，市場(chǎng)需求可觀，并朝著高熱通量方向發(fā)展

 相較于熱管、均溫板等散熱材料，石墨散熱膜具有柔韌性好、質(zhì)量輕薄的性能優(yōu)勢(shì)，且易于貼合于攝像頭模組、手機(jī)中框、芯片等各種電子元器件中?；诙嘣⒔M合化的散熱方案逐漸成為市場(chǎng)主流，多種散熱材料協(xié)同運(yùn)作的背景下，石墨散熱膜仍是目前及今后主流散熱材料，市場(chǎng)需求量可觀。而增加石墨散熱膜熱通量則是其未來(lái)發(fā)展的主要方向之一。

 材料的熱通量是指單位面積的材料在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱能。通常情況下，材料厚度越大，單位時(shí)間內(nèi)可傳遞的熱能更多，其熱通量也就越高，散熱效果越好。通過(guò)增加石墨散熱膜厚度進(jìn)而加大熱通量的方法能較好匹配 5G 時(shí)代高功率電子設(shè)備的散熱需求。石墨散熱膜由于材料特性，本身厚度薄、質(zhì)量輕，最大厚度也不及熱管、均溫板的 1/2，因此增加石墨散熱膜厚度提高材料熱通量，既不會(huì)影響電子產(chǎn)品輕薄便攜、美觀的形態(tài)要求，還可以進(jìn)一步提升各元器件和整機(jī)的散熱效率，增強(qiáng)電子產(chǎn)品可靠性。高熱通量石墨散熱膜是 5G 時(shí)代極具性能優(yōu)勢(shì)的散熱材料之一。

 通過(guò)增加材料厚度提高熱通量通常可采用兩種途徑，一種是將常規(guī)石墨散熱膜反復(fù)粘貼膠帶疊加在一起，但由于膠類材料熱阻通常較高，導(dǎo)致多層石墨膜散熱效果并不理想；另一種則是采用超厚 PI 膜通過(guò)特殊工藝燒制而成，無(wú)需使用膠帶粘合，生產(chǎn)的高熱通量的厚石墨膜具有更好的散熱效果。

 制作高熱通量的厚石墨散熱膜不僅要求原材料 PI 膜到達(dá)相應(yīng)厚度，同時(shí)還對(duì)生產(chǎn)商核心技術(shù)的掌握程度、生產(chǎn)工藝的熟悉程度以及操作人員的專業(yè)素質(zhì)都有著較高要求.

（3）熱管及均溫板滲透率不斷增加，并朝著超輕、超薄、高強(qiáng)度方向發(fā)展

 熱管和均溫板利用腔體中工作介質(zhì)通過(guò)液氣兩相變化吸收熱量方式進(jìn)行散熱，不需要借助外力，即可發(fā)揮強(qiáng)大特性，特別適合放置在芯片等高發(fā)熱量部位，達(dá)到高效的局部散熱效果。作為新型散熱材料的代表之一，熱管及均溫板散熱逐步從筆記本電腦、臺(tái)式電腦應(yīng)用方案中滲透到智能手機(jī)終端，國(guó)內(nèi)“HMOV”等廠商近年來(lái)發(fā)布的智能手機(jī)中較多采用了熱管或均溫板散熱方案。在消費(fèi)電子高刷屏、高功耗、性能持續(xù)升級(jí)的背景下，熱管和均溫板在消費(fèi)電子市場(chǎng)的滲透率將持續(xù)提高，且朝著超輕、超薄、高強(qiáng)度方向發(fā)展。

 隨著電子產(chǎn)品朝著超輕、超薄化的趨勢(shì)演變，將熱管和均溫板的厚度控制在合理范圍且仍保持優(yōu)秀的散熱效果將面臨極大挑戰(zhàn)，尤其在生產(chǎn)工藝上，需要保證其內(nèi)部擁有高毛細(xì)力與一定的內(nèi)腔空間以供液體和蒸汽充分循環(huán)流動(dòng)，維持良好的散熱效果。對(duì)于熱管，在壓縮厚度并維持高性能同時(shí)，不僅需要選擇合適的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還需要保證工作中蒸汽的傳播速率，例如利用凹槽型毛細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并在狹小的內(nèi)腔中開(kāi)辟新的通道，使得工作時(shí)蒸汽流動(dòng)通道加大同時(shí)也進(jìn)一步降低整體厚度，這對(duì)生產(chǎn)商的技術(shù)儲(chǔ)備以及設(shè)計(jì)能力都有著極高的要求。而降低均溫板的厚度條件通常更為苛刻，一方面，均溫板制作工藝復(fù)雜、精細(xì)化程度較高，厚度越薄，則銅片封合的間隙越難掌控，封合階段的良品率也就越低；另一方面，均溫板厚度越薄，意味著其內(nèi)部毛細(xì)通道與蒸汽通道空間越小、蒸汽的有效傳播距離更短，均溫板的工作性能也將損失更多。因此，生產(chǎn)商封合技術(shù)的先進(jìn)性以及對(duì)內(nèi)部蒸汽通道的合理設(shè)計(jì)將成為制造高強(qiáng)度超薄均溫板的關(guān)鍵。

（4）擁有優(yōu)質(zhì)特性和成本優(yōu)勢(shì)的石墨烯膜將成為極具競(jìng)爭(zhēng)力的散熱材料

 石墨烯是從石墨原材中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，擁有其他材料所不具備的特殊性能，如優(yōu)異的電學(xué)性能、出色的機(jī)械性能、超高的導(dǎo)熱性、優(yōu)異的阻隔性能等，可運(yùn)用于能源、環(huán)境、電子、化工等多類行業(yè)，具備良好的發(fā)展前景。

 由于石墨烯在面內(nèi)方向是各項(xiàng)同性的，在平面內(nèi)的熱傳導(dǎo)不會(huì)存在方向性，通過(guò)獨(dú)特的加工工藝，可得到任意厚度（特別是超厚）的石墨烯散熱膜。石墨烯散熱膜導(dǎo)熱效率實(shí)驗(yàn)可達(dá) 5,300W/m.K，因此將石墨烯用于散熱材料領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)新型石墨烯散熱薄膜為大勢(shì)所趨。

 石墨烯由于獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)“氧化”—“還原”—“壓延”—“模切”等工藝，可加工成為石墨烯散熱膜，且由于工藝特性，得到的材料厚度較大、熱通量較高，散熱效果較石墨散熱膜更優(yōu)。不僅如此，石墨烯散熱膜還具有良好的耐彎折性及柔韌性，在折疊屏、柔性屏等智能設(shè)備散熱方案中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)極具競(jìng)爭(zhēng)力的散熱材料。2018 年 10 月華為在 Mate20 系列手機(jī)中首次采用石墨烯膜作為其主要散熱方案，產(chǎn)品優(yōu)秀的散熱效果更是將石墨烯散熱技術(shù)推向大眾視野。

 石墨烯散熱膜系通過(guò)氧化還原天然石墨得到原材料后加工制成，相較于石墨散熱膜，在材料成本方面更具優(yōu)勢(shì)。但由于目前石墨烯加工工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備投資、研發(fā)實(shí)力、人員技能的要求較為苛刻，能熟練掌握全套生產(chǎn)工藝的廠商較少，產(chǎn)品良率偏低。同時(shí)，由于產(chǎn)線前期投資較高，產(chǎn)品規(guī)模效應(yīng)尚未凸顯，目前產(chǎn)品單位成本普遍偏高。未來(lái)，隨著加工工藝不斷優(yōu)化與改進(jìn)，石墨烯散熱膜的生產(chǎn)質(zhì)量將進(jìn)一步得到保障，產(chǎn)、銷量持續(xù)擴(kuò)大，成本優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)，成為極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的新型散熱材料。

 根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022-2026年石墨烯薄膜行業(yè)深度市場(chǎng)調(diào)研及投資策略建議報(bào)告》顯示，消費(fèi)電子高端化發(fā)展，將推動(dòng)散熱領(lǐng)域?qū)κ┍∧ば枨蟪掷m(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2023年，全球散熱領(lǐng)域用石墨烯薄膜市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到23.2億美元左右。除散熱領(lǐng)域外，柔性顯示領(lǐng)域?qū)⑹鞘┍∧さ牧硪恢匾掠问袌?chǎng)，石墨烯薄膜作為性能優(yōu)良的柔性透明導(dǎo)電薄膜，有望替代不能彎曲的ITO（氧化銦錫）薄膜使用，未來(lái)市場(chǎng)潛力大。

（文章來(lái)源：普華有策咨詢，瓦特科技，諾豐電子）