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石墨紙是最早使用的非金屬導熱材料。與金屬材料相比，石墨紙具有密度小的優勢，廣泛應用于便攜設備以及需要輕量化的設備。天然石墨因柔韌性不足難以作為柔性導熱材料，石墨紙是經過石墨化的材料，其制備工藝通常有２種。

一種是以碳為原料作為石墨紙的基體，經過石墨化處理，利用壓延裝置得到石墨紙。以碳 為 基體的石 墨 紙結晶度非常高，導熱系數最高可達 2000Ｗ/(ｍ·K)，因此這種石墨紙被稱為高定向石墨紙。高定向石墨紙雖然導熱能力很強，但柔韌性較差，容易折斷。

另一種是以聚酰亞胺為原料，先低溫碳化再高溫石墨化，使得石墨晶體結構更加完美，結晶度更高。以聚酰亞胺為原料的石墨紙，導熱系數高達1750Ｗ/(ｍ·K)，密度僅為2.0g/cm3，而且柔韌性得到極大提高。石墨紙的出現解決了柔性導熱材料輕量化問題，但其柔韌性仍然不足，應用于電子產品中的石墨紙通常是采用涂覆保護層，使得石墨紙與保護層形成整體而提高柔韌性。雖然碳材料存在一定的問題，但密度小和導熱性高的優點決定其仍然是柔性導熱材料的首選。