中国粉体网讯  消费电子在实现智能化的同时逐步向轻薄化、高性能和多功能方向发展，其工作耗能和发热量急剧增大，工作温度向高温方向迅速变化。为了保证电子产品可靠工作，必须使用具有较高散热能力和较高导热性能的材料。

相较于电子技术高频的迭代更新，导热材料的发展处于较缓慢的状态。氧化铝是目前使用最广泛的无机非金属导热填料，但是伴随着大功率时代的到来，氧化铝已不能满足高导热的实际需求。在常见的几种无机非金属填料中，导热率远高于氧化铝，而又具有良好绝缘性的材料仅有氮化铝和氮化硼。

几种无机非金属填料的性质

氮化铝、氮化硼的发现可以追溯到一百五十年前，由于优异的导热率和电绝缘性能，被认为是理想的导热材料。然而，在一百多年的时间里，其实际应用并没有撼动氧化铝在无机非金属导热填料中的主流地位。究其原因，除了成本较高之外，其分子结构也影响了性能的发挥。想要充分利用氮化铝和氮化硼就必须对其进行表面改性，那么，在大功率时代，这两位导热优等生该怎么挑起高导热的大旗呢？

（一）氮化铝的表面改性策略

氮化铝理论热导率高达320W/（m·K），但其表面较为活泼，吸潮后会与水发生反应，

水解产生的Al（OH）3会使导热通路产生中断，进而影响声子的传递，做成制品后热导率偏低。针对氮化铝极易水解的特性，主流思路是为氮化铝表面包裹上一层“雨衣”，从而解决吸潮水解问题。氮化铝常用的表面改性的方法大致可以分为三类：热处理法、无机酸（＋无机盐）包裹法、有机酸（＋有机物）包裹法。

氮化铝水解前后（图源：应用科技）

热处理法是指经过合适温度的氧化处理后，氮化铝粉体的表面形成了一层致密的氧化铝薄膜，可以抑制氮化铝粉体的水解。通过热处理方法虽然一定程度可以改善氮化铝粉体的抗水解性能，但需经高温处理。改性工艺较复杂，增加了热处理成本，不利于工业化生产，且热处理后的产品中存在氧化铝组分，对氮化铝材料的某些性能会产生不利影响。

无机酸（＋无机盐）包裹法是利用磷酸与表面活性剂（如磷酸二氢铝）对氮化铝粉体进行表面改性处理，不仅可以在氮化铝粉体表面形成磷酸盐保护层提高抗水解性能，还能改善氮化铝粉体的分散性。这种改性方法成本低廉、改性效果好，是一种具有实用价值和应用前景的处理方法。

有机酸（+有机物）包裹法是利用疏水有机物对氮化铝粉体表面进行包裹，有机膜在氮化铝表面形成了扩散阻挡层，使得水分子无法与氮化铝粉体表面接触，从而达到提高氮化铝粉体抗水解性的目的。有机酸包裹法具有工艺简单、耗时较短、改性效果明显的特点。

（二）氮化硼的表面改性策略

氮化硼有白色石墨之称，导热系数很高，又具备很好的绝缘性，且不易水解，综合性能优异，但是其高化学稳定性与化学惰性导致其表面缺乏活性，很难与聚合物基体结合，极易发生团聚现象，经常需要添加大量氮化硼才可以提高导热率，但大量的氮化硼会影响基体的粘度和加工能耗。因此为解决氮化硼团聚和结合力低的问题，需要对其进行物理或化学改性。

氮化铝团聚形貌图（图源：高导热硅橡胶复合绝缘材料制备与综合性能的研究）

物理改性方法可以分为物理杂化、物理包覆、场诱导取向、物理剥离等。物理杂化是指将不同成分和形貌的导热填料杂化填充到基体中，填充多尺度填料有利于减少基体中的界面缺陷，形成更多的导热通路。物理包覆是指利用结构中含有与基体分子有相互作用的物质对氮化硼进行非共价键包覆。物理剥离是指将氮化硼剥离成氮化硼纳米片，提高其比表面积和径厚比，从而提高声子传输效率，有利于形成连续的高导热网路。场诱导取向是借助外场实现氮化硼的取向排列，有利于沿取向方向形成高效的导热通路。

化学方法分为功能化、偶联剂修饰、活性剂修饰、化学接枝等。功能化是指为氮化硼接入羟基、醚键、胺基、烷基、卤素和杂原子等基团，直接提高氮化硼在基体中的分散性。偶联剂修饰是指将同时含有疏水基团和亲水基团的偶联剂用于氮化硼的表面处理，增强氮化硼与基体的化学结合，减少固化过程中缺陷产生的概率。活性剂修饰指用表面活性剂对氮化硼或功能化的氮化硼进行表面修饰，但该方法可能存在加工使用过程中表面活性剂迁移或析出导致的材料性能恶化问题。化学接枝是指将聚合物或低分子有机物通过化学反应接枝到氮化硼表面，引入活性官能团，从而有效增强氮化硼与基体分子间的物理化学结合作用，但该方法往往会涉及较复杂的化学反应过程，耗时费力，实施过程中存在环境污染。

单纯使用物理或化学方法改性氮化硼往往达不到稳定的效果，具体的改性实践中往往是将物理方法和化学方法结合起来使用，以充分发挥两种方法的优势。

参考来源：

[1]何金秀等，氮化铝粉体水解行为及其抗水解改性的研究进展

[2]张淮东等，用于导热绝缘环氧树脂复合材料的氮化硼改性研究进展。

[3]高利达等，六方氮化硼-立方氮化硼/环氧树脂复合材料的制备与热物性能

[4]张晓星等，氮化硼纳米片改性环氧树脂导热与介电性能的研究

（中国粉体网编辑整理/梧桐）

注：图片非商业用途，存在侵权请告知删除！