對不起 志陽來晚了-#1.石墨烯粉體散熱塗料

2016-07-02

如果各位沒有看過高分子塗料可以達到那麼高的熱導率，那現在就可以讓各位一飽眼福，我的指導教授就我把這篇文獻發一發吧，我還在做基本表徵數據呢。補上 In-plane 熱導率：

沒錯，就是 52 W╱m*K。

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2016-06-23

自己有材料就是可以傲嬌，我思索熱阻公式：R = L╱K，意即膜厚越小、則 R 越小，即 K 越大。第一次噴塗厚度在 100~120 微米，這次我來挑戰最小膜厚，也許受限於多層石墨烯及橫向尺度為 20 微米的制約下，塗層也只能達到 40 微米以上膜厚。

接著我們使用 Hot Disk TPS2500S，TPS 法不僅適用於量測各類均質材料及異方向性同軸結構材料，從低熱導泡材料材到高熱導金屬材料也都可進行測試，可同步量測出材料的熱傳導值(Thermal Conductivity)、熱擴散值、熱容、可依照應用分為許多測試模塊，可分析塊體、薄膜、片狀高熱導及異方向性材料，亦可分析不同型態樣品：液狀、膏狀、膠狀、粉狀等樣品熱傳導係數。

目前，Hot Disk 的 TPS 測試方式中，已能針對多種一般無法測試熱傳導的材料進行測試（例如：奈米水溶液、高分子薄膜等特殊材料），且擁有可同時測得 X、Y 軸方向及Z 軸方向的異方向性熱傳導測試。下面是我們得到 Z 軸的測試數據。

沒錯，熱導率就是高得驚人的 148.1W╱m*K。但這麼高的熱導率還有些是鋁片貢獻的，我們就依熱阻公式：R = R1 + R2 = L1╱K1 + L2╱K2，依序帶入公式為：140╱148.1 = 40╱K1 + 1000╱237，則 K1 = 14.3W╱m*K，又一次打破紀錄。

各位千萬不要忘記這還是在 5 wt% 下的表現，如果我再加到 10 wt% 以上不就逆天了，請拭目以待吧。

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2016-06-17

現在內心還是很激動的。跟大部分中國從事石墨烯的企業不同，我是學理工出身的材料人，對於從自己說出的話都要去承受，更何況先前我決定挺身評判目前在國內的亂象。追加這個實地測試是臨時起意，我請幫我加工粉體塗裝的工廠用他們現有的散熱測試台幫我看看這支石墨烯散熱粉體塗料有何能耐，結果讓我感到震撼，竟然降了 27℃，第一時間就把這個好消息分享給各位。如果六月底各位在常州，或許可以巧遇我在那裡發表包括塗料的三款產品。

首先，這個測試平台很直觀，誠如塗料業者自己就說中國沒有標準的測試方式，但大夥一眼就可以接受這個結果。我們把塗布在鋁板的石墨烯塗料放置在左邊的加熱板上，而右邊是原始沒有塗布的鋁板做對照組。我們直接量測加熱板的溫度，而不是被塗布鋁板的溫度。

接著，我們調整功率到 8W，對照右邊溫度為 72.6℃，而左邊溫度為 61.2℃，換言之，鋁板經石墨烯散熱塗料降溫了 11.4℃。

這時我想到整個熱管理是先傳導，後面再經過對流及輻射，其中輻射散熱比對流快得多。所以我繼續把功率調整到 16Ｗ，結果震驚的事發生了。

對照右邊溫度為 118.0℃，而左邊溫度為 90.8℃，換言之，鋁板經石墨烯散熱塗料降溫了 27.2℃。即便是測 10Ｗ 時，溫度也從 103.0℃ 降到 80.3℃，降低了

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2016-06-10

故事要從 18 個月前開始說起，志陽科技（中國）因為江西投資方無法提供當初承諾的資金繼續石墨烯相關的研究，但志陽目前擁有的 200 種以上石墨烯材料，及超過 50 種以上應用技術很多卻是在 2014 年 9 月前就已經完成的。所以我常說是中國自己浪費了這麼長的時間。反觀，中國在 2014 年以前就發生了「石墨烯概念股」，在這之後也出現了很多根本是炒作石墨烯的產品，否則各位早就聽到石墨烯商品被消費者接受的正面消息，這的確對石墨烯產業化是不健康的。

其實，我的心裡不僅著急，更多的是心裡的「苦」。過去二年跑了全中國近廿個省，見的也很多是國家級經發區的領導，即便我帶去樣品還是半信半疑，要不就是要求我跟當地企業做對接，更甚者是只要我去投資，卻連對接的企業也不過是給個窗口聯絡罷了；不是我不想進行對接，而是對方只想買現成技術，甚至某些公司規模雖大卻沒有研發能力，根本就談不下去。

在這段沉潛的日子裡我選擇在「知乎」發表石墨烯相關文章，因為我知道由於很多學者及業者的偏差，讓大家對石墨烯的概念總是隔著一層紗。最近半年，由於我的大學同學支助了一些資金，讓我在經濟上面的壓力少多了；但真正扭轉這個困局的卻是由深圳某天使基金引介的這個項目。各位或許看過我前面的文章會感到好奇，批判石墨烯偽科學我都指名道姓，但這些好朋友都是「干實事」的人，我就選擇不把人名及單位寫出來了。

大概是今年四月間的事吧，該基金的項目經理告訴我他們正準備去看些石墨烯企業，我基於匡正石墨烯產業亂象的心態告訴他幾點心法：

1. 宣稱年產幾百萬噸，卻沒有「真正」成熟的應用商品不過是在「套錢」；

2. 成立石墨烯公司超過 5 年卻還是在買粉末或懸浮液，看來也是沒救了；

3. 只有石墨烯應用技術卻自己沒有石墨烯材料也是枉然。

他聽了也覺得很有道理，那他提議志陽乾脆去幫幫他們吧，所以就把我的微信號給了這家企業的總經理，我們就聯繫上了，這才了解到中國各地石墨烯產業化真正遇到了「瓶頸」。這個現象可以從兩個角度去證明，第一，這個石墨烯產業園是中國最早成為國家級的「聖地」，先不論政府及民企投入多少資金進去，但 50 多家企業只有 2 家離開孵化器可以進入產品商轉階段；第二，這家企業就屬於 2 家之一，使用當地石墨烯 2 年多一直無法在技術上突破，使用每克石墨烯 300 元作出粉體塗料的熱導率也不過從 K = 0.2 提升到 0.4。

我利用五月中旬到武漢演講前到他們公司去了解，兩位高管很坦誠地說出目前有訂單，但面臨技術無法突破及成本過高的問題而苦惱。其實，一開始我以為是溶劑型塗料，我們也都做到熱導率 K > 10 的現成石墨烯產品。一去現場才發現是粉體塗裝，念頭一轉兩者的「導熱」機理是一樣的，連高分子也同樣用聚脂或環氧樹脂，以過去的開發經驗不過是要找出界面及流平性的關係而已。但為了不撐破牛皮，我只肯保守地承諾可以做到熱導率 K > 5，甚至與對方大客戶到現場直接審視現物的熱傳遞路徑，這點在中國企業是很難做到不藏拙的，所以我決定幫他們一把。

我們協議用他們現有的樹脂來驗證，以便未來導入量產時無縫接軌，其中在通關到台灣時耽擱一點時間，但經過兩周後我開始構思撰寫這個系列的文章，正式跟各位宣告石墨烯的時代真正來臨了。怎麼說呢？我們只用三天把石墨烯送到工廠混練就完成樣品，對方卻是忙了兩年也沒成功。我又花了點時間做熱導率測試，結果熱導率 K > 12.75，著實比雙方期望的水平還高出很多。

沒數據沒事實。首先，先進行熱導率測試，加熱功率為 12W，利用製冷晶元作為溫度差來量測 in-plane 熱導率。再把樣品放在散熱鋁片與熱源之間。見圖 1、2。後續 Z 軸熱導率正安排測試中。

可以清楚看出，我們找了兩款石墨烯粉體塗料與兩款溶劑型塗料 (本次 4 個樣品比較)，熱導率都 K > 10。見圖 3。

而樣品加熱後溫度變化曲線如圖 4。

但這樣還是不清楚這個產品可以降低多少溫度，我們追加了實體測試，發現在 120℃ 加溫條件下，鋁板通過對流與本身熱導率 K = 201 條件下，溫度降到 56.9℃。但加入石墨烯之粉體塗料又進一步降了快 20℃。見圖 5。

照慣例我們來個理論計算。依熱導公式：K = Q * L╱△T。鋁板：厚度 1000μm、K = 201 W╱m*K、石墨烯粉體塗料：膜厚 100μm、K = 12.75W╱m*K，則 (1000+100)╱12.75 = 100╱Kcom + 1000╱201；Kcom = 1.23，即石墨烯粉體塗料真實的熱導率其實只有 1.23，但各位如果回頭去看原來這家企業加了石墨烯的熱導率只有 K = 0.4，則 Kcom』 = 0.00363，提高了 338.8 倍，夠牛了吧。

光說自己技術不算英雄，如果我再告訴當初的導熱塗料每公斤要買你 15,000元 (對的，你沒看錯，但熱導率只有 0.4)，現在我告訴你志陽的成本是 20*95% + 200*5% = 29元，如果你在這個行業就要緊張了，何況我在熱導率已經做到了 K > 12，而滲濾閾值還可以加上去，我推估要做到 K > 20 不太有問題。怎麼說呢？導熱是越薄越好，所以膜厚要再降低到 40 μm，要降低膜厚就要從粉體粒徑著手，而粉體粒徑越小，理論上晶格振動比較完整，導熱性會更好。還有一個發現，石墨烯是接近「黑體」的材料，熱輻射率甚至超過 95%，而輻射比傳導的速度更快，所以散熱效果會更好是必然的道理。