金属导热快，但不見得是散热快。右边是 10cmx10cm 铝片，左边是相同铝片但表面涂布散热涂料。两边前面距离 10cm 处放置 Hard coating 過的光学级 PET（耐温 150℃），后方以约 900℃ 瓦斯喷灯加热铝板。可以发现没有涂布散热涂料的铝板热发射率很差（0.07），前方的 PET 几乎没有接受到从铝表面散出来的热。左边有涂布热辐射率高达 0.95，将热快速从铝板表面放到前方 PET 上。

所谓「实践见真知」。回想两年前我陪同常州〇索的周总到客户处讨论散热解决方案，回程在车上我问了：如何区分散热与导热？记得那时候我的回答是，散热是「系统面」，而导热是「结构面」。其实，那时候对于两者间差异还是有些疑问没有解释清楚。就字面上的说法是，导热指通过「介质」传导热量，散热指物体热量散发到周围环境。导热由于物体内部分子、原子和电子等微观粒子的热运动，而组成物体的物质并不发生宏观的位移，将热量从高温区传到低温区的过程称为导热。而散热的方式有辐射、传导及对流三種。其中，某些文献提到，辐射占整个热管理的 75-85%（现在来看是单一事件，并不适用在其它场合。），是影响散热好坏的最主要变因。

听起来好像很顺理成章，在进入我接下来要阐述的实证中，我们先来探讨为何金属导热好、散热好，而高分子却相反？及两种材料相比，是否导热好的材料就一定散热好？首先，我先讲结论。金属导热好但散热不见得好，而高分子即使导热、散热不佳，但掺入适量的石墨烯后，导热虽然差很多，但散热却更好。这就令人好奇想要继续研究下去了！

金属的导热性好跟金属原子的排列状态有关。金属原子容易失去最外层电子，形成正离子，失去的电子成为自由电子，形成电子云，与金属正离子通过正负电相吸引而结合在一起，金属正离子振动越快，自由电子移动速度越快，说明能量越高，也就是温度高，由于自由电子能够自由移动，金属正离子振动越快，互相传递能量的速度也就越快，所以传热比较快，也就是导热性好。反觀，对高分子而言，通常为饱和体系，无自由电子，导热载体为「声子」，热传导主要依靠「晶格振动」。聚合物相对分子质量很大，具有多分散性，分子链则以无规则缠结方式存在，难以完全结晶，再加上分子链的振动对声子有散射作用，使高分子材料的热导率很小。

自从 2016 年起我陆续做了五轮实验，现在终于可以很清楚了解导热与散热有什么差别？整体来说，有了导热好的材料，才会有能传热的介质，如果有了传热的介质，也是要有将热吸走的界面，这样整个完整架构才能够叫做散热好。我常用的形容是，散热就是在这个界面处把热拉出来，靠的是「辐射」；但在界面内你自己得努力跑到界面，靠的是「传导」。所以，导热好、辐射差，结果就是散热差，唯有导热好、辐射好，那才算是散热好。首先，我们还是先整理张图表，再进一步说明给大家了解。

可以看出，铝板在 xy 及 z 轴的热导率均优于其他各类涂层，但实地测试降温情况却令人大呼意外。左边放的是石墨烯涂层，右边放的是铝板，左邊竟然比右邊溫度少了 27.2℃。那唯一的问题就是「发射率」了，这才是造成铝板导热性佳、但散热性表现不好的主要因素。

一个月前，粉末涂料代工厂反映一个问题让我很感兴趣，他们提到用传统的导电炭黑涂层也差不多降到那么多温度，但没有测过热导率。我们再回头看看上面那张表，其实两者发射率接近，也就是在一段时间后，靠着辐射可以把热带到环境中达成同样的降温效果。但两者在热导率上还是有着明显差距，这里又可以分成两个方向去探讨，

第一，导电炭黑涂层在 xy 轴的热导率表现不佳，这是因为填料结构不同造成的影响吗？

      第二，导电炭黑涂层在 z 轴的热导率还不差，那会不会是因为发射率所驱使？

  这需要进一步实验设计来证明，不过，我们实地试验发现，的确在导电炭黑涂层与石墨烯涂层到达相同降温点，石墨烯涂层所耗费的时间还是比较短些。

我们不仅追求散热好，更追求导热好、散热好的材料，因为热出不来是会让元件受损的。以前被那么外行初学者问到，既然金属导热比石墨烯涂层好，干嘛要用石墨烯涂层？以前我只会回答因为表面要保护呀，现在我终于可以理直气壮地回答这个问题了！

传统要使高分子具有更好的热导率，实践中通常采用添加高热导率填料的方式来提高高分子的热导率，得到导热型高分子复合材料。而填料种类不同其导热机理也有所不同。其中，金属填料是靠「电子」运动进行导热；非金属填料主要依靠「声子」导热，其热能扩散速率主要取决于邻近原子或结合基团的振动。

回头来探讨石墨烯涂层。石墨烯被定义为「半金属」，从材料的角度来看，石墨烯每个碳原子透过 σ 键与相邻的三个碳原子连接，而每个碳原子剩下一个未成键的 π 电子与周围的原子形成大 p 共轭结构，这样 π 电子就能在石墨烯整个晶体结构中自由运动。这时候，电子透过 p 轨道重迭而发生离域，产生价带充满电子地延伸 π 系统。但电子在晶体上并不是完全自由运动的，是受“势场”与“声子”影响。所以，石墨烯兼具「电子运动」及「声子导热」两种导热机理。

其次，石墨烯的热传导率随着橫向尺度大小呈对数递增。石墨烯越长，单位长度传递的热越多，这点我们可以把它视为因为长度较大，相同面积下传递路径相对较短导致，这也是二维碳原子层材料所发现另一个独一无二的属性。另外，石墨烯垂直于平面之热传导率由于声子受到边界散射的影响，会随着石墨烯层数增加而降低。声子是晶格振动的量子化形式，但当两个晶体有边界不对齐时，热传递数值仅为  。

过去我们也试过不同渗滤阈值的石墨烯涂层发现，最主要的还是要建构出导热网络，后面再来决定使用何种石墨烯。理论上，片径较大的石墨烯，因为在单位面积内热传递的距离最短，所以导热性较佳。但眼尖的读者却可以发现：上表中片径越小的石墨烯涂层在散热表现上反而比片径较大的石墨烯涂层好，那不是互相冲突吗？其实，涂层成分并不是只有石墨烯，反而更大比例是高分子，所以，匹配高分子粒径的石墨烯是巨观角度，而前面提到片径大是微观角度，再加上不同「片径」混杂所造成的热散射，已经不是光凭理论就可以说明一切的，惟有你亲自做过每个试验，你才能像我有底气说出这些事实。