2018-03-27

早上接通客戶詢問石墨烯應用技術的電話，說他是小米生態鏈的臺商，看到我寫到石墨烯散熱塗料及電熱膜的產品很有興趣想導入現有的產品，電話討論了廿多分鐘，我覺得他連機理都混淆了，所以寫篇文章來說明這兩者的差異！

這兩個應用技術都用到「熱輻射」，不過機轉完全不同，所以設計的思維也是不同的。紅外線是一種電磁波或輻射，正好位於可見光和微波/無線電波之間，而溫度高於絕對零度的所有表面都可以發射紅外線。但在散熱塗料及電熱膜之間卻有著不同的機轉，簡單地說，散熱塗料應用的是「輻射冷卻」，而電熱膜卻是「輻射傳熱」。

「輻射傳熱」又稱熱輻射，是熱傳遞的一種基本方式。物體在向外發射輻射能的同時，也會不斷地吸收周圍其它物體發射的輻射能，並將其重新轉變為熱能，這種物體間相互發射輻射能和吸收輻射能的傳熱過程稱為「輻射傳熱」。若輻射傳熱是在兩個溫度不同的物體之間進行，則傳熱的結果是高溫物體將熱量傳給了低溫物體，若兩個物體溫度相同，則物體間的輻射傳熱量等於零，但物體間輻射和吸收過程仍在進行。隨著發射體表面溫度的上升（在這種情況下，發射體是電熱膜），熱能激發出電熱膜中的原子和分子，從而產生光子輻射。這些光子是以紅外射線的形式從電熱膜的表面發射出來的。當這些光子撞擊到材料時，就會造成分子的波動或振動，從而導致目標材料內部產生熱效應。我們使用石墨烯導電油墨塗布在 PI 膜上，恰巧法向發射率也是 88%，在 15 秒內升溫到 55℃。當然，這會隨功率大小而有增減。

「輻射冷卻」是指物件透過輻射散去熱能的過程，發熱體的表面如塗布高發射率散熱塗料，將加速輻射傳熱，而降低其表面溫度。但有些材料會吸收紅外輻射並迅速升溫，而其他材料則往往會把輻射反射出去，從而保持相對較低的溫度。基本上，反射率等於發射率，且反射率＋透射率＋吸收率＝1 的前提下，石墨烯塗層吸收率幾乎為 0，所以反射率越高，吸收率越低，熱能損耗也越低。

在傳統的散熱裝置上，大多是利用金屬材料的熱傳導、熱對流特性來達到降溫的效果，而塗布石墨烯散熱塗料可達法向發射率 88%，在 16W 條件下，有效降低溫度達 27.8℃。散熱裝置目的在以系統的角度把熱散出來，避免產生熱積蓄在元件上造成損害，所以強調的是熱傳遞速度。熱輻射與其它像熱傳導、熱對流不同的是不需要介質作媒介，就可以把熱以電磁波方式發射出來，所以發射率越高，散熱效果越好。反觀，電熱膜是以電熱轉換成電磁波（紅外線）傳播到環境中，紅外熱首先加熱室內密實物體，然後物體再以「對流換熱」方式將熱量傳給空氣，室內空氣溫度升高滯後於人體溫度，減少了環境對人體的冷輻射，所以其綜合效果優於傳統的對流供熱。

推薦閱讀：