5G手機大戰成敗關鍵!華為、小米搶用「超級材料」石墨烯,能成嗎

2020-12-17 材料小博士

自 2019 年至今,華為的處境,可以說越來越嚴峻。不過一向以「狼性」著稱的華為,在今年上半年,逆襲推出了自家鴻蒙系統和 P40 系列旗艦機型,可謂是越挫越勇。下半年盛傳要推出的華為Mate 40 Pro,其中配置的超大電池更是一大亮點,據傳可能是最新研發的石墨烯電池。消息一出,石墨烯概念股大漲,很多吃瓜圍觀群眾問到,石墨烯是什麼東西?

石墨烯到底是什麼

石墨烯,顧名思義,就是非常「稀」的石墨。

GB∕T 30544.13-2018中關於石墨烯的定義包括單層石墨烯(由一個碳原子與周圍三個近鄰碳原子結合形成蜂窩狀結構的碳原子單層)、雙層石墨烯、三層石墨烯、少層石墨烯等系列不同的石墨烯材料。其中單層石墨烯具備極高的電子遷移率,是石墨烯優異電學性能體現的關鍵。2004年英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫正是從石墨中分離出穩定存在的單層石墨烯,在2010年獲得諾貝爾物理學獎。

作為一種新型二維納米材料,石墨烯的高導電性、高機械強度、柔性輕薄等特性,被稱為具有革命性的「工業黑金」。更有科學家預測石墨烯會掀起一場改變21世紀的新產業革命,尤其是突破現階段電池發展的瓶頸。只不過由於技術尚未成熟,目前市面出現的所謂「石墨烯電池」其實是「石墨烯基鋰電池」。

(關於「石墨烯電池」和「石墨烯基鋰電池」的區別,材料小博士在前面的文章《冷知識:石墨烯基鋰電池是石墨烯電池嗎?解開你對石墨烯的誤解!》)中有詳細講過,有興趣的小夥伴可以關注材料小博士並回看。

石墨烯將改變整個手機行業

在科技領域,國外的三星、諾基亞,國內的華為、小米等等廠商都在致力於石墨烯材質的研發及應用,石墨烯材質產品有望被應用在觸控螢幕、電池、傳感器等多個領域,即將改變手機等數碼產品的未來形態。

華為創始人任正非曾經表示,未來10到20年內會爆發一場技術革命,將來最大的顛覆事件是石墨烯時代取代矽時代。石墨烯在手機上的技術應用,最早是在華為Mate 20 採用,在散熱系統上用了「石墨烯膜」利用其高速傳熱性能加速晶片散熱。

不甘落後的手機廠商還有小米,今年2月10日,小米手機官方公布小米 10 的散熱設計,號稱採用 「有點誇張」的立體散熱系統。根據目前公布信息,小米10將採用石墨烯+大面積VC液冷板+超大多層石墨。超大多層石墨與石墨烯的協同作用發揮著巨大的散熱性能,能夠最大限度地提高手機主板的散熱效率。不僅如此,小米還在今年2月,投資了從事化學法石墨烯生產的公司。

反觀石墨烯材料在電池領域的研究應用,如何更好地實現石墨烯的穩定複合並在電池中發揮其極強的電性能的技術瓶頸依然存在。但是隨著5G技術的大規模應用,相關機構預測,2022年結合5G發展起來的中國石墨烯市場規模高達2365億元。

作為一個全新的產業,石墨烯為首的新材料發展還需要更多的時間來沉澱,在技術和成本領域要有重大突破,石墨烯檢測標準更加規範、成熟,才能最終應用在電子設備上,實現突破性應用及大規模量產。

為了助力石墨烯材料發展,廣州特種承壓設備檢測研究院承擔的廣東省質量監督石墨烯及功能產品檢驗站(廣州)在檢測這一塊上早就有所發力,目前所承擔的八項石墨烯相關團體標準已通過審查發布。其中《散熱膜熱輻射係數和導熱係數的測定》,旨在完善薄膜材料導熱散熱性能的檢測方法,提高散熱膜的質量,便於生產企業不斷探索新的生產工藝,有效幫助廠商降低研發時間,提高研發效率;

而另外的《石墨烯薄膜電子遷移率的測定》標準,則制定了快速、簡潔和準確的石墨烯薄膜電子遷移率測定方法,適用於二維石墨烯薄膜樣品,其它二維導電薄膜的霍爾係數、電子濃度、電子遷移率、電阻率測定可參照執行,填補了國內行業標準的空白,為石墨烯薄膜的生產與應用提供技術支撐。

在廣東省地方標準《石墨烯電子遷移率測

從整個行業發展趨勢上看,石墨烯產業有很大的前景和增長潛力。隨著生產廠商、研發機構以及檢測機構的共同努力,必然會讓石墨烯的成本下降;借著5G產業為首的新基建發展的東風,相信在不久的將來,石墨烯產品用量有望迎來爆發式增長,未來可期。

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