中国粉体网讯  随着电子产品及其器件的小型化和高度集成化，散热问题已经成为制约电子技术发展的重要瓶颈，而其中决定散热功效的热界面材料等导热复合材料更是受到人们越来越多的关注。

目前商业导热复合材料一般由有机物和导热填料复合而成。由于有机物的热导率很低，一般小于0.5W/m·K，所以导热复合材料的热导率主要由导热填料决定。

常见的聚合物基体与导热填料的热导率

目前市场上应用最广泛的填料是以Al₂O₃等为代表的氧化物填料，但氧化铝的本征热导率只有38~42W/m·K，受其限制，将很难制备出满足未来散热材料市场需求的导热复合材料。

与之相比，AlN的理论热导率高达320W/m·K，且具有热膨胀系数小、绝缘性能好、介电常数低、与硅膨胀系数相匹配等优异性能，因此以AlN粉体为填料来制备导热复合材料近年来受到热捧。

有个关键问题必须解决

虽然氮化铝综合性能远优于氧化铝、氧化铍和碳化硅，被认为是高集成度半导体基片和电子器件封装的理想材料，但它有个不讨人喜的地方，就是其易吸收空气中的水发生水解反应，使其表面包覆上一层氢氧化铝薄膜，导致导热通路中断且声子的传递受到影响，并且其大含量填充会使聚合物粘度大大提高，不利于成型加工。

为了克服上述问题，必须对导热粒子进行表面改性以改善二者之间的界面结合问题。目前主要有两种对无机颗粒表面进行改性的方法，一种是表面化学反应法，它是小分子物质如偶联剂在无机颗粒表面的吸附或反应。另一种是表面接枝法，它是聚合物单体与无机颗粒表面的羟基发生接枝反应。

目前普遍使用的是偶联剂表面改性，如硅烷和钛酸酯偶联剂及其它类型表面处理剂。与表面化学反应法相比，表面接枝法具有更大的灵活性，它能根据不同的特性需求选择满足条件的单体和接枝反应过程。

粒径大小和形状对导热材料的影响

氮化铝粒径大小对高分子复合材料的导热性能的影响主要表现在两个方面。一方面，大尺寸填料的比表面积小，其所形成的界面层面积就越小，即热界面阻力越小，理论上获得的热导率越高；另一方面，小粒径填料的堆砌密度更高，从而可有效降低空隙，提高导热性能。

这不是矛盾吗？粒径到底是大了好还是小了好呢？其实，氮化铝填料粒径过大过小都不好，太大导致堆砌密度小且分布不均匀，热导率减小。粒径太小导致界面多，热阻大，且小粒径填料更易聚集，引起体系粘度的上升，导致聚合物中空隙的存在，使得聚合物力学和热学性能的下降。

因此我们要求粒径“不大不小”，但这很难达到理想要求。于是人们想到了一个好办法——不同粒径颗粒复配使用。选用不同尺寸的颗粒作为混合填料填充到基体材料中，大颗粒构成主要的导热通路，将小颗粒填充到大颗粒间的空隙中以形成更为丰富的导热网络，从而实现复合材料导热性能的提高。

不同尺寸导热填料颗粒级配示意图

再来说说形状，填料的形状（晶须状、纤维状、片状、球状）对材料的导热性能有影响，形成导热通路的难易程度是：晶须状＞纤维状＞片状＞球状，但球状填料形成的堆积密度最大，在高填充时，不会导致黏度的急剧增加，反而在工业中应用最为广泛。

此外，加工工艺也会影响氮化铝在聚合物导热材料中的应用效果，这是因为加工工艺会影响填料在基体中的分散及分布情况，填料在基体中的分散状态会影响复合材料导热通路的形成，从而影响复合材料的导热性能。按照聚合物复合时的不同形态，可以将加工成型方法分为溶液共混，粉末混合，熔融混合三种方式，其对导热性能提高的效果呈现以下特点：粉末混合＞溶液共混＞熔融混合。

参考来源：

[1]王媛等.氮化铝／聚合物复合导热塑料研究进展

[2]王琦等.氮化铝基导热复合材料的制备及性能

（中国粉体网编辑整理/山川）

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