石墨烯在散热及热管理中的应用

张 勇，刘建影

（上海大学 机电工程与自动化学院 中瑞联合微系统集成技术中心，上海 201800）

石墨烯专栏

石墨烯在散热及热管理中的应用

张 勇，刘建影

（上海大学 机电工程与自动化学院 中瑞联合微系统集成技术中心，上海 201800）

由于其优异的机械、光学、电子和热性能，石墨烯引起了全球科技界和工业界的高度关注。其中，石墨烯极高的横向热导率使石墨烯成为电子和光子器件热管理的理想材料。本文介绍石墨烯在电子热管理中的应用，特别关注其产业化方面的进展。本文首先介绍石墨烯的制备和热学性能，然后介绍石墨烯散热片在电子器件热管理中的应用，最后，介绍石墨烯在散热和热管理领域中的机遇、挑战和未来趋势。

石墨烯；热管理；综述；热导率；电子；散热

石墨烯是二维sp2杂化键和单层碳原子晶体，其优异的机械[1]、光学[2]、电子[3]和热性能[4]，已经激起了科学界和工业界的广泛兴趣。石墨烯优异的性质也使其在广泛的领域中得到应用，如电子、光子、化学、生物以及它们的交叉学科。石墨烯具有极高的热导率，单层悬空的石墨烯高达5300 W/(m·K)[4]，远远大于传统的金属散热材料如铜（约 400 W/(m·K)）和铝（约240 W/(m·K)）。较高的热导率和其他方面的优异性质，使石墨烯成为极具潜力的下一代的散热和热管理材料。

随着高功率产品对性能、便携性及集成度的要求不断提高，导致器件单位面积产生的热量迅速增加，热管理的主要目的就是将器件中的热迅速传递出去，使器件不至于温度过高而损坏。一方面，如电子产品中出现了热点（hotspots），其热通量远远高于其他区域，要求散热材料具有较高的横向热导率；另一方面，如便携和可穿戴设备的出现，要求散热材料是柔性或透明的，传统的金属散热材料如铜、铝，已经无法满足电子产品的散热需求了。如何找到热导率更高、柔性和低成本的散热材料已经成为下一代高功率器件及电子产品的迫切需求。

本文主要介绍近五年石墨烯在热管理领域的应用进展。首先介绍石墨烯的制备和热性能，然后介绍不同类型的石墨烯散热片在散热中的应用，包括单层和少数层石墨烯，石墨烯薄膜和石墨烯复合薄膜。最后介绍石墨烯在热管理中的发展现状和未来趋势并讨论制约其发展的瓶颈。

1 石墨烯的制备和热学性质

1.1 石墨烯的制备

石墨烯优异的性能和广泛的应用前景，极大地促进了石墨烯制备技术的发展。自2004年首次用微机械剥离法制备出石墨烯以来，科研人员又开发出众多制备石墨烯的方法。其中比较主流的方法有液相剥离法、氧化石墨还原法和化学气相沉积法等。

机械剥离高定向热解石墨（highly-oriented pyrolytic graphite，HOPG）[5]法的优点是不需要很高的温度和对环境有害的化学品，尽管效率很低并且产量不高，但是在研究石墨烯的基本性质方面还是很有价值的。

液相剥离法是指将石墨或膨胀石墨直接加在有机溶剂或水中，通过超声波等外力制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Hernandez等[6]利用N-甲基-吡咯烷酮（NMP）和二甲基甲酰胺（DMF），制备出石墨烯溶液的浓度达10–5g/mL。到目前为止，多种溶剂和表面活性剂被用来液相剥离石墨烯，如胆酸钠（SC）[7]、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）[8]、溴化十六烷基三甲铵（CTAB）[9]等。以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，制备过程不涉及化学变化或者高温，因此，液相剥离法制备石墨烯具有操作简单、成本低等优点，但也存在产率低、片层团聚严重、需进一步去除稳定剂等缺陷。

氧化石墨还原法是指通过一定的方法还原氧化石墨（GO）为石墨烯的一种方法，常用制备GO的方法包括 Brodie法[10]、Staudenmaier法[11]和Hummers法[12]以及它们改进的方法[13-15]。GO还原的方法包括化学还原、热还原、微波还原、光照还原、溶剂热还原等。氧化石墨还原法被认为是目前制备石墨烯的最佳方法之一。该方法操作简单、制备成本低，可以大规模地制备出石墨烯，已成为石墨烯制备的有效途径。

化学气相沉积法也是一种有潜力的大规模制备石墨烯的途径，这种方法可进一步分为热化学气相沉积和等离子体化学气相沉积。化学气相沉积制备石墨烯通常采用甲烷或乙炔作为碳源，氢气或氩气作为载气，在金属催化剂上生长石墨烯。2006年，首次成功用热化学气相沉积法在镍基体上制备出石墨烯[16]，自那以后，铜、铂、钴、钯、铱等金属，镍-铜、铜-银、铂-铜等合金也被用作催化剂制备石墨烯。

石墨烯的制备方法还有碳纳米管切割法、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等。它们又都有各自的优缺点，如何综合运用各种制备方法的优势，取长补短，解决大规模高质量的问题，完善结构和性能等是今后研究的热点和难点，也为今后石墨烯的应用开辟新的道路。

1.2 石墨烯的热学性能

目前，实验上热学性质的测试主要分两种形式，即悬挂石墨烯和支撑石墨烯。前者石墨烯两端固定，其余部分处于自由状态；后者整个石墨烯片和基底接触。实验测定石墨烯热导率的方法主要有光热拉曼法[4,17-25]、微电阻测温法[26-33]、光热反射技术[34-37]和自加热法[38-39]等。表1总结了部分不同方法测得的单层和少数层石墨烯热导率。另外，北京大学白树林等[40]也对石墨烯的热性能和表征技术做了一些总结。

2 石墨烯薄膜在散热领域中的应用

2.1 单层和少数层石墨烯

Yan等[42]首次将微机械剥离法制备的少数层石墨烯薄片应用于高功率的电子器件散热，结果表明当工作热通量在250 W/cm2时，热点的温度下降了20 ℃之多。但是，由于难以控制少数层石墨烯的形状、层数、大小，并且制备效率低下，而实际应用中要求石墨烯质量高、形状和大小可控、产量高、价格低。故此微机械剥离的石墨烯不适合实际应用到国内半导体工业中。

本研究组在化学气相沉积制备石墨烯并将其应用到高功率芯片的热点散热方面做了一些工作[43-45]。将用化学气相沉积制备的石墨烯转移到热功率芯片上，当热通量为430 W/cm2，发现单层和少数层石墨烯能使热功率芯片上热点的温度分别降低 13 ℃和8 ℃，并讨论了影响其散热效率不同的原因。此外，还研究了不同的封装结构对散热效率的影响，如加入铝热沉[46]，采用倒装芯片技术[47]，用不同的温度检测方法比较了化学气相沉积法制备的石墨烯散热片对功率芯片热点散热的影响，结果表明，石墨烯在不同的结构中均能使芯片的热点温度降低。另外，西安交大[48]也做了类似的工作，他们将单层不连续石墨烯、单层连续石墨烯和双层连续石墨烯应用在功率芯片上的散热，结果表明单层连续石墨烯有较好的散热效果。韩国延世大学的Bae等[49]将化学气相沉积的石墨烯应用到柔性器件的散热，也取得了不错的效果。

利用化学气相沉积制备的石墨烯，其散热效果不仅取决于石墨烯片的大小[33]及层数[28]，而且在转移的过程中很容易引入杂质或产生褶皱和裂纹，这些也会影响石墨烯散热片的散热效果。如Pettes等[29]研究了残留的PMMA对石墨烯热导率的影响。总之，对于化学气相沉积制备的石墨烯，当务之急是提高质量和优化转移方法，减少其转移过程中的损坏。而从长远看，直接将石墨烯生长在功率芯片表面而非通过转移的方法，是提高其散热效果的根本。

2.2 石墨烯薄膜

将石墨烯制备成宏观薄膜并保持其微观纳米效应是石墨烯应用到热管理中的重要途径。液相剥离是基于溶液制程的一种方法，这种方法容易通过旋涂、滴涂、浸涂、喷涂和静电纺丝等方法形成薄膜。美国加州大学河滨分校的Balandin研究组[50]将石墨烯溶液涂覆在塑料基板表面，结果表明其热导率达到40～90 W/(m·K)，热导率比没有涂覆石墨烯膜的样品高了两个数量级。本研究组用3ɷ法测试了通过真空抽滤所得的石墨烯薄膜，发现其横向热导率达约110 W/(m·K)，将其应用到功率芯片的散热，结果表明当热通量为1200 W/cm2时，热点温度下降了6 ℃[51]。

另外一种将石墨烯制备成薄膜的方法是通过热还原或者化学还原氧化石墨烯。在热还原方面，中科院的团队[52]系统地研究了800～1200 ℃范围内，温度对还原氧化石墨烯热导率的影响。结果表明，当温度为1200 ℃时，其热导率达到1043.5 W/(m·K)。美国伦斯勒理工学院的 Xin 等[53]研究了1600～2850 ℃范围内还原氧化石墨烯的热导率，结果表明当还原温度为2850 ℃时，其热导率达到1434 W/(m·K)，值得一提的是，他们是通过静电纺丝的方法制备的薄膜，适合大规模制备，有很好的柔韧性，并且没有粘结剂。韩国全北国立大学的 Han等[54]将1100 ℃还原的单层氧化石墨烯应用到氮化镓(GaN)发光二极管中，结果表明，和传统的发光二极管相比，嵌入了石墨烯的二极管，其峰值温度从58 ℃下降到53.2 ℃，平均温度从51.4 ℃下降到47.1 ℃，温度的下降对提高二极管的使用寿命具有积极影响。最近，浙江大学高超团队[55]用高温还原氧化石墨烯，其热导率高达2053 W/(m·K)。

除了热还原氧化石墨烯之外，化学还原氧化石墨制备石墨烯薄膜也取得了广泛的应用。中科院成会明团队[56]报道了通过氢碘酸还原氧化石墨烯制备石墨烯薄膜。韩国国立科技学院的Kumar等[57]采用类似的还原方法制备石墨烯导热薄膜，其导电率和热导率分别达243 S/cm和1390 W/(m·K)。

总之，通过还原氧化石墨所得的石墨烯薄膜，其热导率和热还原的温度、化学还原时所用化学品等因素有关，一般其热导率可超过1000 W/(m·K)。这是一种非常有前途的大规模制备石墨烯导热膜的方法。

2.3 石墨烯复合薄膜

利用石墨烯的纳米效应，将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜也是石墨烯应用到热管理中的途径之一。如中科院陈成猛团队[58]制备出一种柔性的石墨烯-碳纤维复合膜散热片，结果表明其热导率达到 977 W/(m·K)，其热传递的效果好于铜。国防科大[59]制备出三维的石墨烯-碳纳米环薄膜，其热导率可达946 W/(m·K)。浙江大学高超团队[60]报道了一种快速湿纺组装（wet-spinning assembly）的方法制备石墨烯薄膜，其热导率达530～810 W/(m·K)。可见，将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜，复合薄膜的热导率仍然可以达到一个较高的值，且优于铜。

3 石墨烯基薄膜在热管理领域中的机遇和挑战

最近几年，国内外在石墨烯基薄膜散热方面取得了积极进展，接下来需要科学家和工业界一起努力，将石墨烯基薄膜应用在实际器件热管理中。目前，国内外生产石墨烯基薄膜的机构超过20家。国内如哈尔滨工业大学杜善义院士团队制备出三维石墨烯基散热材料，由哈尔滨赫兹新材料科技有限公司投资1500万元，年可生产石墨烯散热片60万片，实现产值3000万元。东旭光电、厦门烯成石墨烯科技有限公司、深圳六碳科技有限公司、北京石墨烯散热膜片研发有限责任公司、贵州新碳高科有限责任公司、常州富烯等在石墨烯导热膜产业化方面也取得了积极进展。国外的如瑞典的斯玛特高科技股份有限公司（SHT，Smart High Tech AB）在石墨烯导热膜方面也有自己独特的技术，据报道，SHT公司的石墨烯薄膜热导率已超过现有石墨薄膜的热导率。

从实际应用的角度看，石墨烯需要和基板接触，因此，减少石墨烯薄膜和基板之间的接触热阻是石墨烯热管理应用必须考虑的问题。单层或少数层石墨烯和基板之间的范德华力可以保证石墨烯和基板之间很好的热耦合[42]。但是石墨烯薄膜由于厚度较大，范德华力远远不能满足热从基板传递到石墨烯薄膜上。传统的连接基板和散热片之间的导热胶由于体积和热导率较低的原因，已经满足不了实际应用的需求，必须采用共价键等其他的方式，以增强热传递的效率。本团队在这方面做了一些探索性的工作，主要采用在石墨烯薄膜和二氧化硅界面引入功能化分子的方法。实验结果表明，引入功能化分子后，热点的散热效果提高了近1倍[61-62]。

目前，高导热散热主要是靠石墨薄膜来解决。从产业化的角度来看，石墨烯薄膜要进入市场，性能既要比石墨薄膜好，价格又要更有优势，才能取代石墨薄膜。这对石墨烯薄膜的产业化是极大的挑战。但是，一旦实现，石墨烯将可能进入一个至少具有20个亿的高功率器件的散热应用市场。

4 结束语

本文对石墨烯的制备、热性能及其在热管理领域中的应用做了回顾。总之，由于其出色的热性能，石墨烯导热薄膜在热管理领域中显示出巨大的潜力。但也存在着一些挑战，如对化学气相沉积制备的石墨烯散热片，如何制备出高质量大面积的石墨烯及实现无损转移仍然有待解决；对液相剥离的石墨烯溶液，如何将其制备成均匀的、连续的石墨烯薄膜还有待优化和提高；对还原氧化石墨烯薄膜，由于采用高温或强酸还原的方法，对环境的影响和成本也不可忽视；另外，如何减少石墨烯薄膜和基底之间的热阻也需要更多的工作。但是，相信通过产、学、研等各方面的协同和合作，这些问题都将得到逐步解决，预测在最近几年内，石墨烯薄膜将逐步取代石墨薄膜进入市场。

[1] FRANK I W, TANENBAUM D M, VAN DER ZANDE A M, et al. Mechanical properties of suspended graphene sheets [J]. J Vac Sci Technol B, 2007, 25(6): 2558-2561.

[2] BONACCORSO F, SUN Z, HASAN T, et al. Graphene photonics and optoelectronics [J]. Nat Photonics, 2010, 4(9): 611-622.

[3] BOLOTIN K I, SIKES K J, JIANG Z, et al. Ultrahigh electron mobility in suspended graphene [J]. Solid State Commun, 2008, 146(9/10): 351-355.

[4] BALANDIN A A, GHOSH S, BAO W Z, et al. Superior thermal conductivity of single-layer graphene [J]. Nano Lett, 2008, 8(3): 902-907.

[5] NOVOSELOV K S, GEIM A K, MOROZOV S V, et al. Electric field effect in atomically thin carbon films [J]. Science, 2004, 306(5696): 666-669.

[6] HERNANDEZ Y, NICOLOSI V, LOTYA M, et al. High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite [J]. Nat Nanotechnol, 2008, 3(9): 563-568.

[7] SHAHIL K M F, BALANDIN A A. Graphene-multilayer graphene nanocomposites as highly efficient thermal interface materials [J]. Nano Lett, 2012, 12(2): 861-867.

[8] LOTYA M, HERNANDEZ Y, KING P J, et al. Liquid phase production of graphene by exfoliation of graphite in surfactant/water solutions [J]. J Am Chem Soc, 2009, 131(10): 3611-3620.

[9] SMITH R J, LOTYA M, COLEMAN J N. The importance of repulsive potential barriers for the dispersion of graphene using surfactants [J]. New J Phys, 2010, 12: 125008.

[10] BRODIE B C. On the atomic weight of graphite [J]. Philos Trans R Soc London, 1859(149): 249-259.

[11] STAUDENMAIER L. Verfahren zur darstellung der graphitsäure [J]. Eur J Inorg Chem, 2010, 31(2):1481-1487.

[12] HUMMERS W S, OFFEMAN R E. Preparation of graphitic oxide [J]. J Am Chem Soc, 1958, 80(6): 1339.

[13] CHEN T, ZENG B Q, LIU J L, et al. High throughput exfoliation of graphene oxide from expanded graphite withassistance of strong oxidant in modified hummers method [C]// 8th China International Nanoscience and Technology Symposium (Cinsts09). Beijing: China Institute of Physics, 2009.

[14] FRANKBERG E J, GEORGE L, EFIMOV A, et al. Measuring synthesis yield in graphene oxide synthesis by modified hummers method [J]. Fuller Nanotub Car N, 2015, 23(9): 755-759.

[15] HU X B, YU Y, WANG Y Q, et al. Separating nano graphene oxide from the residual strong-acid filtrate of the modified Hummers method with alkaline solution [J]. Appl Surf Sci, 2015, 329: 83-86.

[16] SOMANI P R, SOMANI S P, UMENO M. Planer nano-graphenes from camphor by CVD [J]. Chem Phys Lett, 2006, 430(1/2/3): 56-59.

[17] CAI W W, MOORE A L, ZHU Y W, et al. Thermal transport in suspended and supported monolayer graphene grown by chemical vapor deposition [J]. Nano Lett, 2010, 10(5): 1645-1651.

[18] CHEN S S, LI Q Y, ZHANG Q M, et al. Thermal conductivity measurements of suspended graphene with and without wrinkles by micro-Raman mapping [J]. Nanotechnology, 2012, 23(36): 365701.

[19] CHEN S S, MOORE A L, CAI W W, et al. Raman measurements of thermal transport in suspended monolayer graphene of variable sizes in vacuum and gaseous environments [J]. Acs Nano, 2011, 5(1): 321-328.

[20] CHEN S S, WU Q Z, MISHRA C, et al. Thermal conductivity of isotopically modified graphene [J]. Nat Mater, 2012, 11(3): 203-207.

[21] FAUGERAS C, FAUGERAS B, ORLITA M, et al. Thermal conductivity of graphene in corbino membrane geometry [J]. Acs Nano, 2010, 4(4): 1889-1892.

[22] GHOSH S, BAO W Z, NIKA D L, et al. Dimensional crossover of thermal transport in few-layer graphene [J]. Nat Mater, 2010, 9(7): 555-558.

[23] GHOSH S, CALIZO I, TEWELDEBRHAN D, et al. Extremely high thermal conductivity of graphene: prospects for thermal management applications in nanoelectronic circuits [J]. Appl Phys Lett, 2008, 92(15): 151911.

[24] GHOSH S, NIKA D L, POKATILOV E P, et al. Heat conduction in graphene: experimental study and theoretical interpretation [J]. New J Phys, 2009, 11: 095012.

[25] LEE J U, YOON D, KIM H, et al. Thermal conductivity of suspended pristine graphene measured by Raman spectroscopy [J]. Phys Rev B, 2011, 83(8): 081419.

[26] BAE M H, LI Z Y, AKSAMIJA Z, et al. Ballistic to diffusive crossover of heat flow in graphene ribbons [J]. Nat Commun, 2013, (4): 1734.

[27] JANG W, BAO W, JING L, et al. Thermal conductivity of suspended few-layer graphene by a modified T-bridge method [J]. Appl Phys Lett, 2013, 103(13): 133102.

[28] JANG W Y, CHEN Z, BAO W Z, et al. Thickness-dependent thermal conductivity of encased graphene and ultrathin graphite [J]. Nano Lett, 2010, 10(10): 3909-3913.

[29] PETTES M T, JO I S, YAO Z, et al. Influence of polymeric residue on the thermal conductivity of suspended bilayer graphene [J]. Nano Lett, 2011, 11(3): 1195-1200.

[30] SADEGHI M M, JO I, SHI L. Phonon-interface scattering in multilayer graphene on an amorphous support [J]. P Natl Acad Sci USA, 2013, 110(41): 16321-16326.

[31] SEOL J H, JO I, MOORE A L, et al. Two-dimensional phonon transport in supported graphene [J]. Science, 2010, 328(5975): 213-216.

[32] SEOL J H, MOORE A L, SHI L, et al. Thermal conductivity measurement of graphene exfoliated on silicon dioxide [J]. J Heat Transce-T Asme, 2011, 133(2): 022403.

[33] WANG Z Q, XIE R G, BUI C T, et al. Thermal transport in suspended and supported few-layer graphene [J]. Nano Lett, 2011, 11(1): 113-118.

[34] HOPKINS P E, BARAKET M, BARNAT E V, et al. Manipulating thermal conductance at metal-graphene contacts via chemical functionalization [J]. Nano Lett, 2012, 12(2): 590-595.

[35] KOH Y K, BAE M H, CAHILL D G, et al. Heat conduction across monolayer and few-layer graphenes [J]. Nano Lett, 2010, 10(11): 4363-4368.

[36] MAK K F, LUI C H, HEINZ T F. Measurement of the thermal conductance of the graphene/SiO2interface [J]. Appl Phys Lett, 2010, 97(22): 221904.

[37] ZHANG C W, ZHAO W W, BI K D, et al. Heat conduction across metal and nonmetal interface containing imbedded graphene layers [J]. Carbon, 2013(64): 61-66.

[38] DORGAN V E, BEHNAM A, CONLEY H J, et al. High-field electrical and thermal transport in suspended graphene [J]. Nano Lett, 2013, 13(10): 4581-4586.

[39] XIE H Q, CHEN L F, YU W, et al. Temperature dependent thermal conductivity of a free-standing graphene nanoribbon [J]. Appl Phys Lett, 2013, 102(11): 111911.

[40] 白树林，赵云红. 石墨烯热学性能及表征技术 [J]. 力学进展, 2014, 44(1): 236-259.

[41] MURALI R, YANG Y X, BRENNER K, et al. Breakdown current density of graphene nanoribbons [J]. Appl Phys Lett, 2009, 94(24): 243114.

[42] YAN Z, LIU G X, KHAN J M, et al. Graphene quilts for thermal management of high-power GaN transistors [J]. Nat Commun, 2012(3): 827.

[43] GAO Z, ZHANG Y, FU Y, et al. Thermal chemical vapor deposition grown graphene heat spreader for thermal management of hot spots [J]. Carbon, 2013(61): 342-348.

[44] GAO Z L, ZHANG Y, FU Y F, et al. Graphene heat spreader for thermal management of hot spots in electronic packaging [C]// 2012 18th International Workshop on Thermal Investigations of Ics and Systems (Therminic). NY, USA: IEEE, 2012.

[45] ZHAOLI G, YONG Z, YIFENG F, et al. Graphene heat spreader for thermal management of hot spots [C]// Proceedings of the Electronic Components and Technology Conference (ECTC). NY, USA: IEEE, 2013.

[46] SHIRONG H, YONG Z, SHUANGXI S, et al. Characterization for graphene as heat spreader using thermal imaging method [C]// Proceedings of the Electronic Packaging Technology (ICEPT). 2013 14th International Conference. NY, USA: IEEE, 2013.

[47] SHIRONG H, YONG Z, SHUANGXI S, et al. Graphene based heat spreader for high power chip cooling using flip-chip technology [C]// Proceedings of the Electronics Packaging Technology Conference (EPTC 2013). NY, USA: IEEE, 2013.

[48] LI X, FANG M, WANG W, et al. Graphene heat dissipation film for thermal management of hot spot in electronic device [J]. J Mater Sci: Mater Electron, 2016, 27(7): 7715-7721.

[49] BAE S H, SHABANI R, LEE J B, et al. Graphene-based heat spreader for flexible electronic devices [J]. IEEE Trans Electron Device, 2014, 61(12): 4171-4175.

[50] MALEKPOUR H, CHANG K H, CHEN J C, et al. Thermal conductivity of graphene laminate [J]. Nano Lett, 2014, 14(9): 5155-5161.

[51] ZHANG Y, EDWARDS M, SAMANI M K, et al. Characterization and simulation of liquid phase exfoliated graphene-based films for heat spreading applications [J]. Carbon, 2016(106): 195-201.

[52] SONG N J, CHEN C M, LU C X, et al. Thermally reduced graphene oxide films as flexible Lateral heat spreaders [J]. J Mater Chem A, 2014, 2(39): 16563-16568.

[53] XIN G, SUN H, HU T, et al. Large-area freestanding graphene paper for superior thermal management [J]. Adv Mater, 2014, 26(26): 4521-4526.

[54] HAN N, CUONG T V, HAN M, et al. Improved heat dissipation in gallium nitride light-emitting diodes with embedded graphene oxide pattern [J]. Nat Commun, 2013(4): 1452.

[55] PENG L, XU Z, LIU Z, et al. Ultrahigh thermal conductive yet superflexible graphene films [J]. Adv Mater, 2017, 29(27): 1700589.

[56] PEI S F, ZHAO J P, DU J H, et al. Direct reduction of graphene oxide films into highly conductive and flexible graphene films by hydrohalic acids [J]. Carbon, 2010, 48(15): 4466-4474.

[57] KUMAR P, SHAHZAD F, YU S, et al. Large-area reduced graphene oxide thin film with excellent thermal conductivity and electromagnetic interference shielding effectiveness [J]. Carbon, 2015, 94: 494-500.

[58] KONG Q Q, LIU Z, GAO J G, et al. Hierarchical graphene-carbon fiber composite paper as a flexible lateral heat spreader [J]. Adv Funct Mater, 2014, 24(27): 4222-4228.

[59] ZHANG J W, SHI G, JIANG C, et al. 3D bridged carbon nanoring/graphene hybrid paper as a high-performance lateral heat spreader [J]. Small, 2015, 11(46): 6197-6204.

[60] LIU Z, LI Z, XU Z, et al. Wet-spun continuous graphene films [J]. Chem Mater, 2014, 26(23): 6786-6795.

[61] ZHANG Y, HAN H, WANG N, et al. Improved heat spreading performance of functionalized graphene in microelectronic device application [J]. Adv Funct Mater, 2015, 25(28): 4430-4435.

[62] HAN H, ZHANG Y, WANG N, et al. Functionalization mediates heat transport in graphene nanoflakes [J]. Nat Commun, 2016(7): 11281.

（编辑：陈丰）

Applications of graphene in heat dissipation and thermal management

ZHANG Yong, LIU Jianying
(SMIT Center, School of Automation and Mechanical Engineering, Shanghai University, Shanghai 201800, China)

Graphene, due to its exceptional mechanical, optical, electrical, physical and thermal properties, has attracted strong interest for both fundamental studies and real applications. Among all the properties, the extraordinarily high in-plane thermal conductivity makes graphene an ideal lateral heat spreading material for improving thermal management in electronics and optoelectronics. This review highlights graphene for the thermal management in electronics, with an emphasis on industrialization progresses. This article begins with the description of the preparation and thermal properties of graphene, followed by introduction of graphene and graphene films as heat spreader. Finally, the current challenges for graphene and graphene films as heat spreader for thermal management are presented. Some proposals are also suggested for the future research and development in this field.

graphene; thermal management; review; thermal conductivity; electronics; heat dissipation

10.14106/j.cnki.1001-2028.2017.09.019

O613.71

A

1001-2028（2017）09-0088-06

2017-06-01

刘建影 johan.liu@shu.edu.cn

国家自然科学基金资助（No. 512721537）；国家02重大专项资助

张勇（1982－），男，湖北十堰人，助理研究员，博士，研究方向为微纳制造，E-mail: yongz@shu.edu.cn 。

时间：2017-08-28 11:41

http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20170828.1141.019.html

刘建影：上海大学特聘教授，上海大学中瑞微系统集成技术中心主任，瑞典皇家工程科学院院士，瑞典查尔姆斯理工大学讲座教授, 国家千人计划专家，美国电器电子工程师协会会士(IEEE Fellow)，担任IEEE Transaction on Packaging & Manufacturing Technology副主编，德国汉高(Henkel)公司亚太地区科学顾问委员会委员。已发表学术论文480余篇，15篇章节，近20年做大会主旨和和各种特邀报告50次，获得及申请专利50余项，主编了电子封装导电胶专著，是《微电子技术的可靠性》专著编写发起人和主要作者之一。所著文章被引用5000次以上。H-指数为34。主要研究领域为微纳材料与电子制造，纳米散热，封装与系统集成，其中包括3D 电子碳纳米管互联技术，2维材料散热与互联技术，纳米界面散热材料，纳米生物支撑材料，纳米无铅焊料和纳米导电胶等，获得1996年美国IEEE CPMT学报高级封装领域最佳论文奖和2004年美国电器电子工程师协会器件和封装分会特殊技术进步奖。