如何理解石墨導(dǎo)熱片

　　本文介紹石墨導(dǎo)熱材料的基本原理。文中描述的機(jī)制是為方便理解，從理論上并不嚴(yán)謹(jǐn)。

　　石墨是多層結(jié)構(gòu)，每一層由碳原子組成的蜂窩結(jié)構(gòu)（單層也叫石墨烯）。另一種常見的單質(zhì)碳物質(zhì)為鉆石。兩種物理的物理結(jié)構(gòu)如下圖：

　　碳元素有4個(gè)最外層電子，在鉆石中，每個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，從而形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)力的共價(jià)鍵使得鉆石結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，不導(dǎo)電。而在石墨中，每一層中的每個(gè)碳原子與周圍三個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，有一個(gè)電子沒有共價(jià)鍵的束縛，可以在層內(nèi)自由移動(dòng)，石墨的層與層之間通過相對(duì)較弱的范德華力疊在一起，結(jié)構(gòu)不堅(jiān)固，而且不導(dǎo)電。

熱，可以認(rèn)為是物質(zhì)內(nèi)部的粒子運(yùn)動(dòng)的對(duì)外體現(xiàn)。一個(gè)物體內(nèi)部粒子運(yùn)動(dòng)越劇烈，對(duì)外體現(xiàn)該物體越熱。而導(dǎo)熱就是粒子運(yùn)動(dòng)的能量傳遞。

粒子的運(yùn)動(dòng)可以是原子的振動(dòng)（固體原子不能隨意移動(dòng)）和電子運(yùn)動(dòng)，鉆石不導(dǎo)電，但因?yàn)閺?qiáng)力的共價(jià)鍵和均勻規(guī)律的結(jié)構(gòu)，使得原子晶格的振動(dòng)可以快速傳遞，使得鉆石成為導(dǎo)熱率最高的常見材料（純凈單晶鉆石熱導(dǎo)超過2000W/mK，對(duì)比銅的熱導(dǎo)約400W/mK)，只是通常沒人會(huì)用這個(gè)做散熱材料。而便宜的石墨，因?yàn)楣矁r(jià)鍵和自由電子，石墨的層內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)很高（理想石墨烯熱導(dǎo)超過4000W/mK），而層與層之間缺少這些因素而導(dǎo)熱相對(duì)較差。

　　利用石墨的該導(dǎo)熱特性制作的導(dǎo)熱片，具有抹平熱點(diǎn)的功效。

　　目前手機(jī)中廣泛使用石墨導(dǎo)熱片，讓cpu等高熱器件的熱量可以快速傳遞到整個(gè)外殼散熱，避免出現(xiàn)某個(gè)位置特別燙手的情況。

結(jié)論：

1. 導(dǎo)熱是通過晶格原子振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)兩種方式完成。

2. 石墨具有層狀結(jié)構(gòu)。

3. 石墨片橫向?qū)嵯禂?shù)高，垂直于平面方向?qū)嵯禂?shù)低（不過因?yàn)楹穸刃?，所以?dǎo)熱效果也不特別差），該特點(diǎn)使石墨片可以抹平熱點(diǎn)。

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