中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在電子設(shè)備微型化、新能源技術(shù)爆發(fā)的今天，聚合物材料的導(dǎo)熱瓶頸日益凸顯。如何讓絕緣、柔韌的高分子材料兼具金屬般的導(dǎo)熱能力？導(dǎo)熱粉體的選擇和應(yīng)用變得尤為重要。
導(dǎo)熱粉體的類型
目前，常用的導(dǎo)熱粉體有金屬、陶瓷和碳材料。
1.金屬粉體
銀的導(dǎo)熱系數(shù)極高，約為417W/(m·K)，是理想的導(dǎo)熱粉體，但由于其成本高昂，應(yīng)用受到一定限制；銅的導(dǎo)熱系數(shù)約為398W/(m·K)，導(dǎo)熱性能也很優(yōu)秀，且相對(duì)銀來說成本較低，在一些對(duì)導(dǎo)熱要求較高的領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為315W/(m·K)，具有成本低、重量輕的優(yōu)勢(shì)，但導(dǎo)熱性能略遜于銀和銅。
2.陶瓷粉體
陶瓷粉體導(dǎo)熱系數(shù)良好，然而，它們的導(dǎo)電性足夠低，可以用于需要電絕緣的應(yīng)用，主要包括氧化物，氮化物和碳化物。
氧化鋁（Al2O3）憑借30-40 W/(m·K)的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)異的電絕緣性，成為最常用的導(dǎo)熱填料；氮化硼（BN）具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)約為250-300W/(m·K)。在層面方向上具有良好的導(dǎo)熱性能；碳化硅（SiC）硬度僅次于金剛石，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)120 W/(m·K)。
3.碳材料
常見的碳類粉體由碳的一系列同素異形體構(gòu)成，包括石墨、金剛石、碳納米管和石墨烯等。
石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，沿層面方向具有良好的導(dǎo)熱性能；金剛石具有優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)（約2000W/m·K），可以用來提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性，近年來，納米金剛石作為聚合物基體的填料受到了極大的關(guān)注；碳納米管是一種具有納米級(jí)管徑的管狀碳材料，具有極高的軸向?qū)嵯禂?shù)，可高達(dá)3000W/(m·K)以上；石墨烯（熱導(dǎo)率可達(dá)5000W/m·K）憑借超高導(dǎo)熱性能成為研究前沿。
總之，導(dǎo)熱粉體具有各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在選擇和使用導(dǎo)熱粉體時(shí)，需根據(jù)具體需求和應(yīng)用條件進(jìn)行綜合考慮。
具體影響因素
影響聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的因素諸多，主要有導(dǎo)熱填料的形狀、大小、添加量、界面面積、在基體中的分散性、取向性、與基體的界面結(jié)合等因素。
1.填料本身的導(dǎo)熱性能及添加分?jǐn)?shù)。填料的導(dǎo)熱系數(shù)越高，聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能就會(huì)越好。
2.填料尺寸大小和形狀。研究表明，在同樣的添加量下，填料尺寸越大，界面面積就越小，聚合物復(fù)合體系的導(dǎo)熱性能會(huì)越好。
3.填料微觀分布。填料在聚合物基體中的分散性和相互接觸的狀態(tài)有利于聲子導(dǎo)熱通道的形成。
4.多組分填料對(duì)填充復(fù)合體系導(dǎo)熱性能的影響。填充多組分高導(dǎo)熱無機(jī)填料，一方面增加聲子傳導(dǎo)在不同晶體的聲學(xué)錯(cuò)位，另一方面有可能降低填料之間的界面熱阻。
核心應(yīng)用場(chǎng)景
1.電子封裝
導(dǎo)熱粉體通過填充硅橡膠、環(huán)氧樹脂等聚合物基體，廣泛應(yīng)用于CPU/GPU散熱片、5G基站天線罩、柔性電路板基材等領(lǐng)域。
2.LED封裝
導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料是解決芯片散熱的關(guān)鍵材料，它可以把發(fā)光產(chǎn)生的熱量及時(shí)導(dǎo)出，有效地降低溫升，達(dá)到了提高發(fā)光效率、延長(zhǎng)使用壽命的目的。
3.航空航天
目前，在聚合物基體中添加高導(dǎo)熱的氧化鋁和氮化硼等粉末，制備出的導(dǎo)熱絕緣聚合物基復(fù)合材料已經(jīng)大量地應(yīng)用在航天航空的各種封裝和連接材料上。
2025年5月28日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在江蘇·蘇州舉辦“第二屆高導(dǎo)熱材料與應(yīng)用技術(shù)大會(huì)暨導(dǎo)熱填料技術(shù)研討會(huì)”。屆時(shí)，我們邀請(qǐng)到國(guó)創(chuàng)中心有機(jī)功能材料與應(yīng)用技術(shù)研究所商務(wù)經(jīng)理榮露露出席本次大會(huì)并作題為《導(dǎo)熱材料在聚合物領(lǐng)域的應(yīng)用》的報(bào)告。本報(bào)告將介紹長(zhǎng)三角國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心和功能材料與應(yīng)用技術(shù)研究所、功能聚合物與應(yīng)用創(chuàng)新中心，導(dǎo)熱粉體的在聚合物領(lǐng)域的應(yīng)用以及熱管理相關(guān)產(chǎn)品。
個(gè)人簡(jiǎn)介
榮露露，長(zhǎng)三角國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心和功能材料與應(yīng)用技術(shù)研究所商務(wù)經(jīng)理，具有熱管理材料相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
參考來源：
1.東莞東超新材官網(wǎng)，中國(guó)粉體網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)公開信息
2.孟凡成. 導(dǎo)熱界面材料的制備與性能研究. 天津大學(xué)
3.虞錦洪. 高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的制備與性能研究. 上海交通大學(xué)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）
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