石墨烯开启新一轮智能手机革命——石墨烯手机应用大盘点

石墨烯开启新一轮智能手机革命——石墨烯手机应用大盘点

石墨烯是人类已知的强度、韧性最高、质量最轻、透光率最高、导电性最好的材料。 正是由于石墨烯优异的物理性能，很多手机厂商将其视为未来的技术领域。 重要材料。 近年来，多家企业将石墨烯应用到手机的不同部件中，手机领域的产业化也逐渐成熟。

1. 散热

随着智能手机时代的到来，手机处理能力越来越强大，集成的功能越来越多，对CPU性能的要求也越来越高。 强大的性能意味着功耗的增加和散热的增加。 。 石墨烯散热膜具有很高的理论导热系数（高达5300W/m·K），远高于石墨、碳纳米管等其他碳材料的导热系数。 它可以最大限度地提高手机的散热性能，让CPU保持在最佳状态，极大地提高用户体验。

2018年10月，华为Mate 20 X手机产品采用石墨烯液冷技术，正式标志着石墨烯散热材料商业化的开始。 华为将石墨烯与均匀散热液冷技术（Vapor）相结合，打造超级散热系统。 通过VC（Vapor）液冷系统，可以将热源的热量快速从热源芯片转移出去，它依靠的是石墨烯散热片。 从芯片传递到背壳的热量均匀分布到整个背壳，实现整机均匀散热。

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图1 华为Mate 20 X手机散热系统

2019年，华为两个系列手机再次搭载石墨烯技术，进一步验证了石墨烯散热的实用性。 在荣耀系列中，荣耀Magic 2 3D感光版手机内置石墨烯散热技术。 新材料“黑金”石墨烯大幅提升手机散热能力； 在Mate系列中，Mate 30 Pro和Mate 30 Pro 5G手机均配备了三维散热系统。 ，改善传热路径，采用超导热石墨烯薄膜，利用AI热管理感知体温。 散热效率显着提升，让手机持续冰凉。

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图2 华为Mate 30 Pro系列手机散热系统

同样，2020年2月发布的小米10系列采用了超大面积VC、石墨烯、多层石墨组成的三维散热系统，结合多点热敏电阻监控，有效缓解了手机的散热问题。手机。

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图3 小米10立体散热系统

这款手机采用了双层主板堆叠结构，两块主板之间加入了石墨烯散热层，几乎完全覆盖了两块主板之间的接触空间，大大提高了双层主板之间的导热性能； 内部使用了大量的铜箔和导热胶，散热能力覆盖了机器内部的每一个小细节。 与超大面积VC均热板、石墨烯和6层石墨结构一起，主板形成上下夹层的三明治结构。 立体高效的全方位散热系统，大大提升了小米10的散热能力。

如今智能手机的性能越来越高，在技术没有大的进步的情况下，大功率带来的散热问题却越来越严重。 目前，手机内部散热主要以石墨散热片为主。 而华为、小米手机则创新地将石墨烯技术应用于散热，带来了出色的快速散热性能，极大提升了手机的整体性能。 此次在散热技术上的尝试代表着石墨烯技术逐渐被市场认可，成为石墨烯产业发展的加速器。

2. 触摸屏

近年来，得益于智能手机和平板电脑显示市场的快速发展，触摸显示屏得到了突飞猛进的发展。 石墨烯具有良好的导电性和高透光率，可用于制造可折叠和可拉伸的显示器。 与传统的氧化铟锡ITO导体材料相比，它不仅具有优异的机械强度和柔韧性，而且制备过程环保，需要的资源较少。 此外，随着生产工艺的不断改进，石墨烯生产成本预计将明显低于传统氧化铟锡触摸屏。

2012年1月，常州二维碳科技有限公司等四家单位率先成功将石墨烯薄膜应用于手机触摸屏，成功制作出电容式触摸屏手机样机，完成功能测试，推出可实现所有基本功能。 石墨烯电容触摸屏手机。

2015年3月，重庆魔希科技有限公司（以下简称“重庆魔希”）与加乐派（银河）科技有限公司联合发布了全球首批3万部石墨烯手机。 佳乐派α石墨烯手机采用5.5英寸友达原装石墨烯触摸屏，像素级FHD分辨率，透光率高达97.7%，显示效果出众。

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途家乐拍(影驰)α

2017年12月，重庆墨西研发出石墨烯柔性触摸屏，并研究如何将OLED柔性显示屏与石墨烯柔性触摸屏结合，生产出可完全弯曲的柔性手机。 2018年2月，这款柔性触摸显示原理样机还入选参加工信部“国家新材料产业发展——2017年成果报告展”。

美国慧锐科技公司开拓石墨烯移动设备市场，研发和制造大面积柔性触摸屏，应用于手机、平板电脑、便携式电子显示器等市场。 它还收购了专业科技产业投资基金IDG资本的股份。 股东之一。

虽然石墨烯在手机触摸屏领域尚未得到广泛应用，市场还没有对石墨烯形成规模化需求，但不少科研机构和企业已经开始了这一领域的研究，并取得了不少成果。 随着石墨烯薄膜技术的不断完善，未来石墨烯在触摸屏领域将具有巨大的潜力。

3. 电池

随着5G时代的到来，人们迫切需要能够实现快速充电、快速导热、高能量密度的手机电池。 将石墨烯应用于锂离子电池可以显着提高电池相关性能和循环寿命。 三星、华为等公司正在加大对石墨烯锂电池的资金和研究投入，以抢先占领该行业的市场制高点。

2016年7月，东旭光电推出石墨烯基锂离子电池——“Tene King”。 该产品不仅可以实现5C 15分钟内快充，而且可以在-30℃-80℃的环境下使用。 工作时，循环寿命高达3500次，充电效率是普通充电产品的24倍。 2017年4月，东旭光电携手贝斯特推出第二代石墨烯基锂离子电池产品“King”。

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图王二代产品图片

江苏宏动科技有限公司量产的石墨烯改性锂电池具有快速充放电、更安全、能量密度高等优越性能。 以60A电流充放电时，9分钟内即可达到98%以上的充电容量。 这种电池首先用于移动电源。

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图宏动科技石墨烯快速移动电源

来自美国洛杉矶的Real公司宣布，他们已经开发出了用于手机的商用石墨烯电池。 采用的方法是用涂有薄层石墨烯的电极代替石墨电极，这样可以调节电解液的成分。 据了解，借助60W充电器，石墨烯电池只需20分钟即可充满电，比目前同容量的手机电池节省最多一个小时，并且充放电循环次数可达1500次，而普通电池大多为300~500次。

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早在2017年，三星就声称开发出了石墨烯电池技术，可以增加电池容量，并将充电速度提高到目前标准的5倍。 然而，石墨烯电池的研发已经提前很长时间了，三星还没有能够将其产品应用到手机上； 同样，华为一直在大力投入“石墨烯电池”的研发，但官方近日驳斥了P40系列将搭载石墨烯电池的传闻。 作为行业领先者，三星和华为尚未能够将石墨烯实际应用到手机电池中，这表明石墨烯电池的技术细节仍需不断探索，商业价值也需要市场不断检验。 不过，一旦该产品商业化、量产化应用，必将带来巨大的产业提升。

4. 耳机

石墨烯可以使耳机和扬声器更加节能、体积更小，同时产生更好的声音。 石墨烯可用于制造高性能薄膜，以耳机为媒介提供高品质的声音质感，让耳朵体验到高品质的视听效果。

2016年11月，小米发布了小米圈铁耳机Pro。 这款耳机拥有独特的双“动圈”+“动铁”单元。 三个单元集成到同一个耳机中，可以真正做到高、中、低。 频率均衡。 其中，采用了石墨烯振膜的双“动圈”单元，中低频更加扎实，细节表现力丰富； 高频延伸表现更好，更有穿透力。 “动铁”的高音通透、稳定、自然，可以感受到三频段平衡的自然声音。

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2017年6月，欧拉石墨烯耳机在众筹平台上线，一天内完成了原定10万美元的目标。 加拿大蒙特利尔初创公司Ora Sound开发的ORA耳机，是由98%石墨烯材料、氧气等混合物组成的振膜，不仅降低了成本，还大大降低了产品开发难度。 石墨烯具有高效吸收和转换能量的能力，这是传统扬声器所无法企及的。 因此，它也需要更多的动力来驱动。 Ora耳机的电池续航时间可以延长70%，同时还可以提供更好的音质。 和隔音效果。

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2020年2月，一款智能手表在众筹平台上发布。 该手表与无线耳机相结合。 手表还是耳机充电盒，可以给耳机充电两次。 该团队在耳机中内置了噪音消除功能，并使用石墨烯涂层驱动器来提高保真度。

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此外，Zolo、JBL等都发布了石墨烯驱动的耳机。 石墨烯增强音频逐渐得到市场认可。 这也意味着在不久的将来，石墨烯技术必将引发高端耳机和音箱市场的另一场革命。 一次深刻的转变。

5. 芯片

石墨烯极高的载流子迁移率和良好的导热性使其有望取代硅，成为下一代芯片的主要材料。 研究表明，石墨烯技术可以将芯片的速度提高一百万倍。 该技术可以在传输和存储数据的过程中将芯片的计算能力提升到极高的水平。 晶圆是制造半导体芯片的基本材料。 因此，快速、批量化且兼容晶圆工艺制备高质量石墨烯单晶晶圆是石墨烯作为电子级材料大规模应用的关键。

2019年4月，彭海林教授、刘忠范院士团队及其合作者实现了单批次25片4英寸石墨烯单晶硅片的制备。 该设备年产能可达10000片晶圆，是全球首个实现石墨烯生产的设备。 单晶晶圆的可扩展制备。 同年，中国科学院上海微系统与信息技术研究所谢晓明研究团队在较低温度下采用化学气相沉积外延技术，成功制备出6英寸无皱高质量石墨烯单晶晶片（ 750℃）首次。

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这家美国石墨烯和2D材料生产商宣布，其位于加利福尼亚州圣地亚哥的CVD单层石墨烯制造工厂每年可生产30,000片8英寸石墨烯晶圆（在不同基材上）。 紧随美国之后，剑桥大学的一家衍生公司宣布正在生产石墨烯“晶圆”和可用于晶体管的基于石墨烯的电子产品，基于石墨烯的芯片的速度比硅芯片快十倍。

单晶硅是微电子技术发展的基石，单晶石墨烯晶圆的批量制备是其在电子领域大规模应用的前提。 通过低温外延制备晶圆级石墨烯单晶对于推动石墨烯在电子领域的应用具有重要意义。

6. 其他应用

石墨烯具有巨大的潜力。 除了上述应用方向外，石墨烯还可以用于天线和通信领域，将光数据通信提高到前所未有的速度，同时减少能耗和传输错误； 石墨烯具有良好的导电性和优异的透光性。 和柔性表明，石墨烯可应用于手机柔性屏，改善电极的透光率特性，提高器件的可靠性……虽然石墨烯在这些领域尚未实现大规模产业化应用，但随着石墨烯的发展华为、三星、苹果、小米等手机厂商的深入研究，其在手机领域的潜在应用价值必将得到进一步展现。

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