導熱高分子複合材料作為當今重要的熱管理材料在航空航天飛行器、變壓器電感、化工熱交換器、特種電纜、電子封裝等領域中都有廣泛的應用。随着微電子集成與封裝技術及相關領域的飛速發展，電子元器件和邏輯電路的體積成倍縮小，所産生的熱量迅速積累和增加，工作溫度也向高溫方向迅速變化。為了保證電子元器件可靠工作，迫切需要研制具有較高散熱能力，較高導熱性能的高分子聚合物絕緣材料。

但是一般高分子材料都是熱的不良導體，其導熱系數一般都低于0.5 W/(mK)，見下表。為了滿足微電子，電機電器，航天航空，軍事裝備等諸多制造業和高科技領域的發展需求，制備具有優良綜合性能的高導熱聚合物絕緣材料，正成為研究熱點。

改善高分子材料導熱性能的方法

一是制備本征型導熱材料， 即改變高分子本身的鍊節結構獲得特殊物理結構， 提高導熱性能;

二是用高熱導率的填料粒子對聚合物進行填充， 制備填充型導熱複合材料。由于本征型導熱材料制備工藝複雜、難度大、成本高， 難以實現大規模生産， 所以人們對于這方面的研究較少。對于填充型導熱複合材料來說， 基體的導熱性能普遍較差， 複合材料的熱導率主要取決于填充物的熱導率及其在複合材料中的作用。因此， 填料是影響高分子複合材料熱導率的關鍵因素。

常見導熱填料導熱系數

導熱填料可分為導熱無機絕緣填料和導熱非絕緣填料兩大類。導熱無機絕緣填料有Al2O3、BN、AlN、ZnO、MgO 等；非絕緣導熱塑料填料有導電率和熱導率均較高的金屬粉、石墨、炭黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯等。前者與高分子材料基體相互混合可制成導熱絕緣材料，後者為導熱非絕緣複合材料。室溫下常見導熱填料的導熱系數如下表所示：

常見導熱填料優缺點分析

1、氮化鋁AlN

優點：導熱系數非常高。

缺點：價格昂貴，通常每公斤在千元以上；氮化鋁吸潮後會與水反應會水解AlN 3H20=Al(OH)3 NH3 ，水解産生的Al(OH)3會使導熱通路産生中斷，進而影響聲子的傳遞，因此做成制品後熱導率偏低。即使用矽烷偶聯劑進行表面處理，也不能保證100%填料表面被包覆。單純使用氮化鋁，雖然可以達到較高的熱導率，但體系粘度極具上升，嚴重限制了産品的應用領域。

2、氮化硼BN

優點：導熱系數非常高，性質穩定。

缺點：價格很高，市場價從幾百元到上千元（根據産品品質及粒徑大小不同價格差别較大），雖然單純使用氮化硼可以達到較高的熱導率，但與氮化鋁類似，大量填充後體系粘度極具上升，嚴重限制了産品的應用領域。

3、碳化矽SiC

優點：導熱系數較高。

缺點：合成過程中産生的碳及石墨難以去除，導緻産品純度較低，電導率高，不适合電子用膠。密度大，在有機矽類膠中易沉澱分層，影響産品應用。環氧膠中較為适用。

4、氧化鎂MgO

優點：價格便宜。

缺點：在空氣中易吸潮，增粘性較強，不能大量填充；耐酸性差，一般情況下很容易被酸腐蝕，限制了其在酸性環境下的應用。

5、α-氧化鋁（針狀）

優點：價格便宜。

缺點：添加量低，在液體矽膠中，普通針狀氧化鋁的最大添加量一般為300份左右，所得産品導熱率有限。

6、α-氧化鋁（球形）

優點：填充量大，在液體矽膠中，球形氧化鋁最大可添加到600~800份，所得制品導熱率高。 缺點：價格較貴，但低于氮化硼和氮化鋁。

7、氧化鋅ZnO

優點：粒徑及均勻性很好，适合生産導熱矽脂。

缺點：導熱性偏低，不适合生産高導熱産品；質輕，增粘性較強，不适合灌封。

8、石英粉（結晶型）

優點：密度大，适合灌封；價格低，适合大量填充，降低成本。

缺點：導熱性偏低，不适合生産高導熱産品。密度較高，可能産生分層。

國内主要的導熱填料生産企業（部分）

佛山市三水金戈新型材料有限公司

東莞東超新材料科技有限公司

南京保克特新材料有限公司

上海百圖高新材料科技有限公司

安徽壹石通材料科技股份有限公司

江蘇聯瑞新材料股份有限公司

南京天行新材料有限公司

上海申驿新材料有限公司

深圳錦昊新材料有限公司

上海矽菲新材料有限公司

北京廊橋材料技術有限公司

上海卓尤化工有限公司

上海利隆貝格斯中心

深圳振雄導熱材料有限公司

河北正雍新材料科技有限公司

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導熱填料領域的新技術

2014年，芬蘭公司 Carbodeon （專注于生産功能性納米鑽石材料），在 45% 的導熱填料 (filler) 中添加 0.03wt.% 的納米鑽石材料，就能将聚合物導熱性能提升 20% ，從而能夠以更低的成本提升導熱性能。 Carbodeon 發布的導熱填料數據顯示，通過添加 0.1wt.% 常見的最高效的氮化硼填料和該公司的專用調配型納米鑽石材料，基于尼龍 66 的導熱複合物的導熱性可提升 25% 。納米鑽石材料和複合物生産的最新改良使得在維持原有的性能提升的基礎上，将納米鑽石用量減少了70%。

2015年，東麗道康甯（總部：東京）開始在日本銷售面向車載電子設備散熱用途的導熱填料“道康甯TC-4525”。該産品的特點是，既具備2.5W/m·K的高熱導率又具備易加工性。據介紹，新産品可在最高150℃的環境下穩定發揮作用，而且，最高可暴露于200℃的高溫下。因此，在發動機室等高溫環境下也能穩定發揮其性能。

2016年，瓦克推出一種新的供電子工業使用的有機矽導熱填料，産品名為SEMICOSIL®961TC。該産品是一種高填充型雙組分矽橡膠， 能夠在室溫條件下借助鉑催化加成反應， 固化成一種柔軟而有彈性、 表面具有粘性的有機矽彈性體， 其硫化膠能夠達到2瓦/(米·開爾文) 的熱導率， 同時還具有電氣絕緣性能。

2017年，中鋁鄭州研究院開發出适用于灌封膠用的導熱填料氧化鋁，開發出的産品吸油率可以降低10%-30%，分散性良好，在油基中靜置一個月以上不結硬，産品性能可以完全滿足灌封膠對填料氧化鋁的要求。該産品可以改善複合材料的性能，可以使體系的界面相互作用增強，提高複合材料的力學性能。使用該産品制備的導熱灌封膠具有高導熱性、高穩定性等特點，能夠迅速、及時、有效地将發熱元件積聚的熱量傳遞給散熱設備，保障電子設備的正常運行。

2017年，合肥物質科學研究院先進制造所王曉傑研究員課題組選用石墨烯（室溫下熱導率可高達5000W·m-1·K-1）作為導熱填料，與PDMS基體混合均勻後，在10T強磁場下使石墨烯發生取向形成各向異性化的特殊結構，從而有效地提升PDMS的導熱性能。研究結果表明，在石墨烯質量填充分數為3%的情況下，各向異性石墨烯/PDMS的熱導率比純PDMS材料高出174%。并且，在如此低的石墨烯填充情況下，PDMS可以保持其良好的柔韌性和生物适應性。該研究提出的在強磁場下使石墨烯發生取向形成各向異性化結構的方法，可以有效地提升複合材料的熱導率，具有良好的應用前景。

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