2020年石墨烯在散热市场的应用现状分析 大规模商业化

2020-03-03 01:04 阅读( )

5G时代的来临对散热提出了更高的需求,石墨烯膜由于其优异的导热性能被市场广泛关注,多个手机品牌厂商陆续推出以石墨烯散热为噱头的智能手机。但从各方面分析发现,市场上能商业化的石墨烯膜经过生产后对其性能产生了负面影响(理论上不同层数、纯度和结构等皆会影响其性能),而性能优异的石墨烯膜则面临生产成本过高的问题,从整体来说,优异的石墨烯散热材料距离大规模商业化仍需要2-5年的时间。

5G时代对设备的升级提高了散热需求

电子产品为了适应5G时代,引入高频段并升级硬件零部件,从而导致了天线数量的成倍增加,设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在,电磁干扰和电磁辐射对电子设备的危害也日益严重。随着电子产品的更新升级,设备的功耗不断增大,发热量也随之上升。未来高频率高功率电子产品为了解决产生的电磁辐射和热,其在设计时将会加入越来越多的电磁屏蔽及导热器件,所以电磁屏蔽和散热材料及器件的作用将愈发重要,未来需求也将持续增长。

图1:5G时代智能电子零部件升级图1:5G时代智能电子零部件升级

近年来随着软硬件技术的不断升级,消费电子产品创新及通信设备升级推动着电磁屏蔽和导热材料市场的稳步增长。根据 BCC Research 的预测,全球 EMI/RFI 屏蔽材料市场规模将从 2016 年的 60 亿美元提高到 2021 年的 78 亿美元,复合增长率近 6%。全球导热材料的市场规模将从 2015 年 的 50 亿美元提高到 2020 年的 70 亿美元,复合增长率超 7%。

综上,面对即将来临的5G 时代,智能终端产品伴随着更高的功耗和散热需求,同时也要兼具零部件创新升级,因此导热和电磁屏蔽的多层和复合型导热膜有望迎来更广泛的应用。

图2:已有的多层与复合型导热石墨膜图2:已有的多层与复合型导热石墨膜

市场现有材料对比 石墨烯薄膜生产成本居高不下

石墨烯具有优良的导热性能和导电性能,可“合二为一”同时作为导热材料和电磁屏蔽材料,且厚度比石墨膜薄,更贴合电子产品轻薄化的需要。已有的散热材料主要是石墨膜,次要是导热硅胶,现有产业链相较成熟,所以石墨烯薄膜需要依靠技术创新进一步降低生产制备成本并同时根据不同的需求场景调节石墨烯特性。

图3:散热市场材料与石墨烯对比图3:散热市场材料与石墨烯对比

石墨烯与石墨膜属同宗材料,作为散热主材料在替代传统的散热材料石墨膜时,从理论上技术工艺较为简单,所以导热膜领域最先被石墨烯的初创企业占领。但石墨烯薄膜的制备成本比传统散热方式高,难以推广,同时层数、大小、复合材料对石墨烯的性能影响较大,考虑到不同散热场景所需的散热性能不同(比如垂直散热),石墨烯薄膜在功能定制化方面还有技术未突破。

石墨烯的高导电率(低电阻率)可作为电磁屏蔽中的吸波材料,电磁波被吸波材料有效吸收后转换为电流,导电率越大,越有利电磁能转变为热能。石墨烯单独作为吸波材料并不突出,但若是以石墨烯/聚合物复合吸波材料型态呈现,由于尺寸小、比表面积大、高导电性,与聚合物复合成导电网络,能提高复合材料强度,是种综合性能优良复合吸波材料。由于普通的吸波材料仅能吸收某一部分波段,为了兼顾电导率及磁导率和实现全频段吸波,可将 Fe、Co、Ni等铁磁性金属或铁氧体等磁体包覆或负载到石墨烯微片形成石墨烯/磁性复合材料。

石墨烯散热技术处于快速发展阶段

从石墨烯散热申请数量可知,自2010年石墨烯发明人被授予诺贝尔奖后,相关申请专利数量逐渐上升,但实际到2014年后才跨出行业萌芽期。2014年到现在仅过去5年,2018年的石墨烯散热相关申请数量为1400个,整个行业仍处于快速发展期,前瞻预计石墨烯散热行业仍将持续在该阶段5-10年。

重点参与方分析 距离商业化仍需时间

市场上常有厂商以石墨烯散热材料作为宣传噱头,而市场上的大多数石墨烯散热材料要么无性能优势,要么生产生产成本居高不下,离石墨烯散热材料步入大规模商业化仍需要2-5年的时间。

图表5:部分市场参与方分析图表5:部分市场参与方分析

更多数据请参考前瞻产业研究院发布的《中国散热器行业市场需求与投资规划分析报告》,同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资等解决方案。​​​​

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