T/ZSA 225-2024 高导热膜用石墨烯材料应用指南

ICS07.120

CCSA20

团体标准

T/ZSA225-2024

高导热膜用石墨烯材料应用指南

Practiceguidesofgraphenematerialsusedforhighthermalconductivityfilms

2024-04-25发布2024-04-26实施

中关村标准化协会发布

T/ZSA225-2024

目次

前言..............................................................................II

引言.............................................................................III

高导热膜用石墨烯材料应用指南...........................................................1

1范围.................................................................................1

2规范性引用文件.......................................................................1

3术语和定义...........................................................................1

4石墨烯导热膜现有制造工艺描述和性能需求.............................................3

4.1石墨烯导热膜制造工艺................................................................3

4.2石墨烯导热膜性能要求................................................................4

5导热膜用石墨烯材料.................................................................5

5.1一般原则............................................................................5

5.2典型原材料：氧化石墨烯..............................................................6

5.3其他原材料.......................................................................7

6石墨烯材料对导热膜的潜在失效模式与影响分析（FMEA）................................8

6.1通则................................................................................8

6.2层数（单层率）/厚度.................................................................8

6.3片径.............................................................................8

6.4表面官能团/碳氧比.................................................................8

6.5pH值.............................................................................9

6.6粘度.............................................................................9

6.7固含量..........................................................................10

6.8杂质元素........................................................................10

6.9石墨烯材料对导热膜制膜工艺及膜成品性能影响矩阵图................................10

7高导热膜用石墨烯材料优化实践案例..................................................11

7.1提高缺陷修复效果................................................................11

7.2提高取向性......................................................................11

7.3提高层间结合力..................................................................11

7.4提高导热性能....................................................................11

7.5提高成膜性......................................................................11

7.6改善片层铺展....................................................................11

7.7提高还原效率....................................................................11

7.8提高还原效率....................................................................11

7.9改善膜层间取向..................................................................11

7.10工业化制备.....................................................................11

8氧化石墨烯和石墨烯导热膜检测方法..................................................11

附录A（资料性）高导热膜用石墨烯材料优化实践案例......................................13

参考文献..............................................................................15

I

T/ZSA225-2024

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中关村标准化协会技术委员会提出并归口。

本文件起草单位：中关村华清石墨烯产业技术创新联盟、北京现代华清材料科技发展有限责任公司、

北京清大际光科技发展有限公司、宁波石墨烯创新中心有限公司【国家石墨烯创新中心】、北京新希望

科技发展有限公司、常州富烯科技股份有限公司、浙江道明超导科技有限公司、常州第六元素材料科技

股份有限公司、山东利特纳米技术有限公司、山东国瓷功能材料股份有限公司、东莞市鹏威能源科技有

限公司、上海交通大学、科泽新材料股份有限公司、烯旺新材料科技股份有限公司、星途（常州）碳材

料有限责任公司、广东墨睿科技有限公司、深圳市深瑞墨烯科技有限公司、中国科学院山西煤炭化学研

究所、黑龙江省石墨谷新材料科技有限公司、青岛华高墨烯科技股份有限公司、黑龙江益墨轩新材料科

技有限公司、武汉汉烯科技有限公司、杭州高烯科技有限公司、深圳特新界面科技有限公司、厦门凯纳

石墨烯技术股份有限公司、嘉庚创新实验室、江苏清大际光新材料有限公司、泰兴挚富新材料科技有限

公司、浙江领拓科技股份有限公司、深圳优易材料科技有限公司、江苏清大际光新材料有限公司、中钢

集团南京新材料研究院有限公司、山东金利特新材料有限责任公司、黑龙江龙烯新材料科技有限公司、

上海益墨轩新材料科技有限公司。

本文件主要起草人：戴石锋、冯巧娜、刘兆平、孙清友、李雨宸、陈苗裙、王洪春、周步存、

瞿研、刘建影、张泽汇、吴立考、孙旭冉、赵永彬、焦英训、侯士峰、何大平、宋肖肖、郭洪云、

周旭峰、胡南滔、焦岩岩、郑雅轩、张国强、王兰兰、张艳、王乾龙、陈成猛、王俊英、苏冬、袁

凯杰、纪磊、黄显虹、蔡金明、张志旭、黄卫明、周炜、唐智、林建斌、马乐、洪江彬、冯帆、刘

忠年、韩燚、孙福伟、梅佳、范沛东、徐小希、裴晓东、陈杰、张明东、成小娟、陈冰、戴雷、邹

惠静、刘同浩、时浩、任晓弟、梁惠明、郝承凤、耿飚、邓宏、邵艳秋。

II

T/ZSA225-2024

引言

随着5G技术（第五代移动通信技术）在工业和消费电子领域的普及应用，以及电子元件的集成度、

微型化程度越来越高，核心计算部件性能持续大幅提升。著名的10℃法则指出：电子器件的可靠性与

温度是密切相关的，当温度为70℃～80℃时，每上升10℃，其可靠性下降50%。因此，散热技术已成

为电子设备的可靠性设计中不可忽视的重要环节，开发具有更高导热通量的膜材料成为电子行业的亟

需。

单层石墨烯是目前为止发现的具有最高理论导热率的材料。用石墨烯材料制备的导热膜，与传统人

工石墨导热膜相比，具有理论导热率高、膜厚可调，柔性耐弯折等优势，重要的是石墨烯材料资源自主

可控，已成为当前导热材料中热门材料之一。石墨烯导热膜企业不断涌现，部分企业已经实现规模化生

产和批量供给。国内主流手机企业如华为、小米、OPPO等均积极联手石墨烯导热膜制造企业，进一步

布局石墨烯导热技术和应用开发。

随着石墨烯导热膜产业化进程不断推进，行业发展的一些掣肘问题也逐渐显现。如导热膜应用场景

过于单一，主要集中在智能手机热管理领域，不利于产业差异化良性竞争；上下游对石墨烯材料参数与

膜产品性能的相互作用机理还在探索中，很大程度限制了石墨烯导热膜技术的快速迭代，抑制了更具竞

争力的产品产出。针对产业发展需求，充分发挥技术研发与标准创制的协同互动机制，搭建产业交流协

作的平台具有十分重要的现实意义。基于上述产业需求分析，上下游企业共同研制了本应用指南，以期

为我国石墨烯导热膜产品的质量提升、技术迭代提供有益的帮助，助力产业高质量发展。

III

T/ZSA225-2024

高导热膜用石墨烯材料应用指南

1范围

本标准基于FMEA分析方法，梳理了石墨烯导热膜制备工艺流程，分析了导热膜对石墨烯材

料的技术要求，阐述了石墨烯材料各技术指标对制膜工艺、膜性能的影响，给出了制膜的优化实践

案例。

本标准适用于企业或科研机构在建立石墨烯材料的DFMEA和石墨烯导热膜的PFMEA时提供

参考。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款，其中注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单位）适用于

本文件。

T/CGIA001石墨烯材料术语和代号

3术语和定义

T/CGIA001界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

石墨烯导热膜thermalconductivitygraphenefilms；GFs

以石墨烯材料为主制成的具有高结晶石墨结构和导热功能的膜材料。

3.2

鼓泡bubble

由于石墨烯导热膜内残留气体或压延不实而导致的表面凸起现象。

注：是一种质量缺陷。

3.3

表面褶皱surfacewrinkling

石墨烯导热膜表面局部凹凸不平的现象。

注：是一种质量缺陷。

3.4

石墨烯材料graphenematerials；GM

由石墨烯单独或紧密堆垛而成、层数不超过10层的二维材料及其衍生物。

注1：石墨烯材料包括单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯。

注2：常见改性方式包括氧化、氢化、氟化、磺化或异质掺杂等。

注3：石墨烯材料的宏观存在形态有薄膜、粉体、浆料和三维构造体。

注4：层数超过10层的一般称为石墨。

1

T/ZSA225-2024

3.5

改性石墨烯modifiedgraphene；MG

在表面或内部通过化学法或物理法引入其他原子、分子或官能团的石墨烯材料。

注：常见改性方式包括氧化、氢化、氟化、磺化或异质掺杂等。

3.6

氧化石墨烯grapheneoxide；GO

石墨经过充分氧化、剥离等过程得到的改性石墨烯。

注1:其碳氧比(C/O)与氧化程度有关，通常约为2。

注2:通常具有较高的单层率。

3.7

氧化石墨滤饼graphiteoxidepaste

石墨经氧化但未经充分剥离、具有高固含量的膏状混合物。

注：通常用作制备氧化石墨烯。

3.8

固含量solidcontent

石墨烯浆料（氧化石墨滤饼）在规定条件下烘干后剩余物占烘干前质量的百分数。

注：浆料烘干后的成分为石墨烯材料以及可能存在的分散剂、稳定剂等。

3.9

灰分ashcontent

干燥后的石墨烯浆料、滤饼及粉体在规定条件下灼烧至恒重时的剩余物占干燥后质量的百分数。

注：灰成分主要是K，Na，Mn，Fe等金属离子灼烧后的残留物。

3.10

碳氧比C/Oratio

氧化石墨烯中碳元素与氧元素的摩尔质量比。

注：氧化石墨烯中的氧元素以官能团形式存在。

3.11

含氧官能团oxygen-containingfunctionalgroup

改性石墨烯制备过程中引入的羟基（-OH）、羧基（-COOH）、羰基（-C=O-）、环氧基（-CH(O)CH-）、

醚基（CH3-O-C(CH3)3）以及磺酸基（-SO2-OH）等。

注1：氧化石墨烯制备导热膜过程涉及热还原反应，官能团热分解温度不同，需考虑官能团对于温度的响应。

注2：相比碳氧比，含氧官能团的种类和数量更能指导氧化石墨烯的实际应用。

3.12

潜在失效模式与影响分析failuremodeandeffectsanalysis；FMEA

2

T/ZSA225-2024

在材料设计和制造工艺设计阶段，对影响材料性质性能的原材料、制程工艺逐一进行分析，找出所有潜

在的失效模式，并分析其可能的后果，从而预先采取必要的措施，以提高材料的质量和可靠性的一种系

统化的活动。

注1：FMEA在材料设计之初进行，并且在材料开发各阶段中不断地修改，有助于企业提高材料质量、降低成本、缩短

研发周期。

注2：在材料领域，FMEA分为设计失效模式与影响分析（DFMEA）和过程失效模式与影响分析（PFMEA）。

3.13

设计失效模式与影响分析designfailuremodeandeffectsanalysis；DFMEA

不考虑制程影响，检查材料设计是否满足所有要求，包括功能、性能、法规符合性、顾客特殊要求、可

维修性、可用性等，并分析其潜在失效的模式以及产生的后果，以提高材料质量和可靠性的一种设计分

析方法。

3.14

过程失效模式与影响分析processfailuremodeandeffectanalysis；PFMEA

假设设计是合理的，检查材料实现过程，包括原材料采购、零件生产、制造处理、成品组装、运输、交

付等，识别出关键/重要过程特性，并制定相关措施保证这些特性符合过程目的的一种分析方法。

4石墨烯导热膜现有制造工艺描述和性能需求

4.1石墨烯导热膜制造工艺

4.1.1石墨烯导热膜制造工艺流程与技术路径

以石墨烯片为最基本构建单元，包含自组装、缺陷修复、致密定型三大主要阶段，细分为制浆、膜

化、干燥、还原、石墨化、压延六个流程。该工艺是目前在经济上和技术上最可行的产业化路径，如图

1所示。

图1工艺流程技术路径

注：在实际工艺流程中，各企业采取的具体技术实现路径存有不同选择。

4.1.2自组装

自组装是制膜的关键环节，决定了石墨烯片层取向、薄膜尺寸、厚度和一致性等。

——制浆：将原材料（氧化石墨烯粉体、氧化石墨滤饼、氧化石墨烯分散液等）通过均质、pH调

节、脱泡处理得到分散性良好的石墨烯浆料，如涉及化学还原，可在制浆过程中加入相应还原剂。

——膜化：将制浆好的浆料通过特定工艺制成一定厚度、尺寸的均匀湿膜的过程，根据膜化机理不

同，可分为涂覆法（喷涂、旋涂、浸涂）、过滤法（真空抽滤、压滤）、电沉积（电喷射沉积、电泳沉积）

三类。不同膜化工艺的优缺点见表1。

3

T/ZSA225-2024

表1不同膜化工艺优缺点

膜化类型膜化方法优势劣势

喷涂法损耗少，控制精度高，适合批量生产涂覆均匀性较差，密度不高

规模化生产技术控制难度大，力

涂覆法旋涂法均匀性较好，能够得到高取向性湿膜