在2018大连理工大学全球校友创新创业大会暨宁波高质量发展论坛“全球校友科创成果发布会”上，工业装备结构分析国家重点实验室、我校重大装备设计与制造郑州研究院院长阮诗伦老师重点介绍了其研究成果——硅基键合石墨烯（CBG）纳米材料生产技术及高散热产品应用。

石墨烯作为一种新兴的纳米增强体，凭借其优异的力学性能、导热性以及导电性能,在传统的增强体(碳纤维、碳化物纳米颗粒、碳纳米管)中脱颖而出。石墨烯在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。最近市场上火热的华为mate20手机就是利用石墨烯进行手机关键散热部件的加工制备，充分利用石墨烯的高效导致性能进行机体散射。

本项研究成果重点攻克了高性能石墨烯导热散热材料的制备技术，提高了硅基键合石墨烯材料的导热性能。项目团队利用CVD气相沉积工艺在普通陶瓷基片上进行石墨烯沉积，提高陶瓷基片导热性能；通过批量化、规模化、自动化生产，降低石墨烯导热散热电子器件、石墨烯导热散热材料的加工成本，对其在电子电器、汽车工业等重要领域的应用具有重要意义。

硅基键合石墨烯制备技术是本项目研究的核心课题。“键合”是指不利用任何黏合剂，只通过化学键和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密结合在一起。硅基键合石墨烯制备技术通过在CVD炉中加入 SiOC 硅源，利用化学反应在绝缘材料（陶瓷基板）表面形成带有化学键的表面涂层。加入SiOC可有效提高石墨烯涂层的生长速度，加快绝缘材料被完全覆盖的时间，从而提高制备效率。

石墨烯涂层制备原理

石墨烯涂层生长情况对比情况

利用石墨烯的生长制备技术，可以在包括陶瓷、玻璃纤维、石英、硅片等绝缘材料表面进行涂层。目前项目团队主要使用氧化铝作为陶瓷基板，因为氧化铝价格低廉且物产丰富，河南又是氧化铝的主要生产地，总产量大约占全国产量的30%左右。氧化铝石墨烯涂层可以承受155度高温，是一种优质的抗高温材。

同时，技术人员正在着力研发氮化铝石墨烯材料。氮化铝的成本约为氧化铝的十倍左右，但是抗热温度可以达到185度，其物理及化学特性比氧化铝更稳定，是一种更为优质的散热材料。目前项目团队正在攻克氮化铝（AlN）陶瓷片的CBG涂层技术，力求以最低的成本生产最优质的石墨烯材料。

氮化铝与氧化铝石墨烯材料抗热性能比较

项目团队研究进展

随着科技的不断发展，像LED灯、手机电池等更新换代速度比较快的高功率高密度电子设备元器件的系统集成密集程度已经越来越高，高功率使用的要求也越来越大。如何在保障安全且不影响产品性能的情况下把使用消耗产生的热量高效散出已经成为各个电子设备生产厂商亟待解决的问题，也是当前热门的科学研究领域。通过石墨烯涂层处理过的电子元器件由于具有良好的散热性能，可以保持元器件工作电流的持续稳定，延长自身的使用寿命。

目前，项目正处于中试阶段。近期项目成果拟研制规模化、自动化生产的中试设备，基于该单套设备，预计年产值约5000 千万元人民币。根据市场需求情况，可适当地扩充生产线，达到更大的产值规模。

阮诗伦

现担任大连理工大学工程力学系副主任、兼任大连理工大学重大装备设计与制造郑州研究院院长。中国力学学会软物质力学工作组副组长；国际计算力学学会会员、中国力学学会会员、香港力学学会会员；国防科工局“国防基础科研”、“国防技术基础”等项目评审高级助理。

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