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石墨烯小教室
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〈分析〉一文看懂5G散熱新趨勢:VC+石墨烯4
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口罩肺炎|城大研發石墨烯口罩 病毒黏上10分鐘後失去活性撰文:陳家怡2020-09-08 17:29最後更新日期:2020-09-08 23:50一般外科口罩並不抗菌,口罩上細菌和病毒可存活多個小時,或有二次感染的風險。香港城市大學團隊研發出嶄新技術,以低成本快速製造抗菌的石墨烯口罩。石墨烯口罩經過兩種人類冠狀病毒的初步測試,在陽光照射下,石墨烯可令全部病毒在十分鐘後失去活性,口罩將進行新冠病毒測試,預料日後可生產成即棄口罩和可重用口罩,對抗疫情。葉汝全表示,石墨烯口罩成本視乎原材料,估計售價會是外科口罩和N95口罩之間。(黃寶瑩攝)城大化學系助理教授葉汝全和團隊全球首次引用直接激光打印轉換的技術製造石墨烯模,研發口罩,能低成本快速製造抗菌口罩。(黃寶瑩攝)石墨烯口罩在陽光照射下,激光感生石墨烯可令兩種人類冠狀病毒在十分鐘後全部失去活性,口罩將進行新冠病毒測試。(黃寶瑩攝)石墨烯口罩在陽光照射下,激光感生石墨烯可令兩種人類冠狀病毒在十分鐘後全部失去活性,口罩將進行新冠病毒測試。(黃寶瑩攝)口罩在陽光照射下 10分鐘失活性激光感生石墨烯材料有殺菌抗病毒的功能,在太陽的光熱作用下,可殺死幾乎全部細菌,包括大腸桿菌和空氣中的細菌,一般外科口罩在陽光下殺菌只達六至八成。口罩經過兩種人類冠狀病毒的初步測試,激光感生石墨烯在陽光照射下可令全部病毒在十分鐘後失去活性,材料有助對抗新型冠狀病毒,口罩在10月至11月將進行新冠病毒測試。團隊研究在去年9月開始研究,發現以二氧化碳紅外線激光系統直接照射市面出售的一種塑膠材料聚酰亞胺薄膜,或其他生物材料,可生產立體的多孔石墨烯,能夠快速簡易地製造口罩。以這種直接激光打印轉換的技術製造石墨烯模,可將生產石墨烯和設定形狀的工序合而為一,節省時間和成本,可將大部份含碳的材料,包括纖維和紙張轉化為石墨烯。比起傳統生產石墨烯工序,這項技術條件簡單,在室溫環境可製造,而且產生的污染極低,相對環保。直接激光打印轉換的技術可調教石墨烯孔口的大小,令口罩方便呼吸。葉汝全相信,石墨烯口罩過濾病毒能力和外科口罩相若,更有抗病毒功能,有待通過認證測試,對人體安全。他指出石墨烯可生產成即棄口罩和可重用口罩的濾芯,大約可洗10次。基於環保,他表示傾向生產可重用的石墨烯口罩,但目前未和生產商有相關計劃,希望可盡快推出市場。另外,葉汝全表示石墨烯可用作發電,戴上石墨烯口罩呼吸造成的電勢差可以發電,使用口罩一般時間後,濕氣發電裝置亦可透過電勢差的改變檢測口罩被污染的程度。 https://www.graphenepower.com.tw/hot_367877.html 口罩肺炎|城大研發石墨烯口罩 病毒黏上10分鐘後失去活性 2022-08-16 2023-08-16
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鉅亨網編輯江泰傑
5G散熱新趨勢:VC+石墨烯(圖片:AFP)
5G散熱新趨勢:VC+石墨烯(圖片:AFP)

手機在功能機時代由於功能簡單,運算負載低,相對而言散熱問題並不是關鍵。隨著手機發展進入智慧化時代,手機性能高速提升、功能越來越強大。同時在追求輕薄短小及高續航力的需求之下,智慧手機功耗急劇增加,如何有效防止零組件過熱進而造成系統出錯,就成為各家大廠投入焦點。

現今高階智慧手機散熱主要採用以超薄均熱板 (VC) 為主,搭配石墨及石墨烯等散熱技術為輔的散熱組合方案,而中階機型則是使用熱導管結合石墨散熱的方案,至於低階機型主要純粹利用石墨散熱為主。 

資料來源: 電子材料圈
資料來源: 電子材料圈

石墨散熱片分為天然和人工兩大類,天然石墨散熱片具有高導熱性、易加工、柔韌、無氣體液體滲透性等特性,優點是不易老化和不易脆化,缺點則是不易做到太薄。

至於人工石墨散熱片的優點則是能做到超薄,散熱效果相對較佳,缺點則是價格偏高,但是在手機市場越來越追求高品質的趨勢下,人工石墨散熱片備受青睞。

不過在 VC、石墨烯等散熱技術的主導下,石墨散熱片在智慧手機,特別是 5G 手機的主導性漸漸被削減,但仍會以輔助散熱的形式存在於智慧手機內。

主流 VC 均熱板

VC 散熱的原理與利用熱導管類似,差別在於熱導管只有單一方向的線性導熱,而 VC 則相當於從「線」擴大至「面」的提升,可以將熱能向四面八方傳遞,有效強化散熱效率。

根據 PConline 提供的資料顯示,熱導管散熱的導熱係數為 5000~8000 W/(m×k),而 VC 導熱係數則可以達到 20000 W/(m×k) 以上。

同時 VC 散熱面積更大,可以覆蓋更多熱源區域達到整體散熱,且 VC 更加輕薄,符合目前手機輕薄化、空間利用最大化的發展趨勢。  

(資料來源: PConline) 熱導管散熱與 VC 散熱原理對照
(資料來源: PConline) 熱導管散熱與 VC 散熱原理對照

石墨烯 5G 世代散熱新選擇

近幾年石墨烯一詞大行其道,迅速在科技業成為一種顯學。石墨烯除了在電池上的應用外,其也憑藉優異的導熱、快速散熱 (與空氣對流) 及材質輕柔等特性,被認為是一種競爭力強的散熱材料。

石墨烯有高的熱傳導效率,單層懸空的石墨烯熱傳導效率高達 5300W/(m×k),遠遠高於傳統金屬散熱材料如銅 (約 400W/(m×k)) 和鋁 (約 240W/(m×k))。

而各品牌廠今年推出的旗艦新機在散熱模組中,已大量導入石墨烯材質,如小米 10 系列手機採用 VC + 石墨烯 + 6 層石墨的三明治散熱系統、三星 Galaxy S20 Ultra 採用 VC + 石墨 + 高導碳纖維墊片的散熱方案、華為 P40 pro 則採用 VC+3D 石墨烯的散熱模組。

綜合上述來看,過去手機散熱方案難以單獨滿足 5G 手機的散熱需求,以 VC 為主,加上石墨及石墨烯為輔的散熱系統漸漸成為主流散熱方案。

美、日大廠掌握石墨關鍵技術

在石墨散熱領域,美國、日本廠是產業領導者,即便陸廠在石墨烯散熱領域,擁有專利及礦產資源的優勢,但以技術的質量來看,與美日大廠仍有段差距。

根據 TrendBank 提供的資料顯示,目前石墨散熱膜的主要原材料 PI 是被美國杜邦、韓國 SKC Kolon、日本 Kaneka、宇部興產、台灣達邁等廠商壟斷。

至於石墨散熱膜則是由日本松下、Kaneka、美國 Graftech 等主導。陸廠則有碳元科技、北京中石、思泉等企業投入生產。

散熱重要性推升產業前景

在 5G 手機耗能大幅上升的背景下,散熱產業在未來擁有廣大的市場成長空間。在 5G 手機散熱領域中,單一的散熱材料難以滿足 5G 手機的散熱需求,新型散熱材料、立體散熱設計可望得到大規模應用,VC + 石墨 / 石墨烯的散熱組合未來將成為 5G 手機的新趨勢。

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