中國粉體網訊 熱界面材料不僅廣泛用于電子設備的散熱，在5G通訊、新能源汽車等方面的需求也日益增多，此外在軍事裝備和航空航天領域也具有廣闊的應用前景。
作為一類導熱材料，導熱性能自然是熱界面材料最重要的技術指標。常用的熱界面材料主要為填充型，主要是通過在聚合物基體中填充高導熱的填料制備而成。
通常情況下，聚合物基體的固有熱導率都比較低（約為0.2W/(m·K)），因此，熱界面材料的導熱性能往往由填料說了算。
種類不同，導熱能力不同
常用的導熱填料主要可以分為：金屬類導熱填料，碳材料類導熱填料，無機導熱填料。
常見導熱填料的導熱系數
金屬都具有良好的導熱性，導熱系數較高，是一類常用的導熱填料。常用的金屬類導熱填料主要包括金粉、銀粉、銅粉、鋁粉、鋅粉、鎳粉以及低熔點合金。
碳材料通常具有極高的導熱系數，比金屬填料的導熱性還要好。添加的碳填料的固有導熱性是決定碳基聚合物復合材料的導熱性最重要的參數之一。常用的碳材料有石墨、碳納米管、石墨烯、膨脹石墨、碳纖維和炭黑等。其中碳納米管的導熱系數為3100-3500W/(m·K)，石墨烯的導熱系數為2000-5200W/(m·K)，是熱管理應用的有希望的候選者。
陶瓷填料不僅具有良好的導熱性，而且具備比較低的導電性，是目前應用最為廣泛的填料。常用的陶瓷填料主要有氧化物類和氮化物類兩種。氧化物類包括Al2O3、ZnO、MgO等；氮化物類包括：AlN、BN等。
形狀不同，導熱能力不同
導熱填料有球形、不規則形狀、纖維狀和片狀等各種形狀。與零維材料相比，具有超高長徑比的一維材料(例如，碳納米管、碳纖維等)和二維材料(例如，石墨烯、六方氮化硼和片狀氧化鋁等)可以在填料與填料之間形成較大的接觸面積，為聲子的傳遞提供了更廣闊的通路，降低了界面接觸熱阻，有利于體系中導熱網絡的構建。然而，由于球形填料在高填充時，不會導致黏度的急劇增加，在工業中應用最為廣泛。
不同形貌的Al2O3的SEM圖
尺寸不同，導熱能力不同
導熱填料的尺寸也會對導熱復合材料的導熱性能有顯著影響。
當填料為單一尺寸時，填充量相同時，大粒徑填料填充的復合材料的導熱率往往比小粒徑填充的復合材料的導熱率高，這是因為大顆粒之間的界面接觸較少，界面熱阻較低。然而，粒徑也不能過大，否則，填料之間不能形成密堆積，不利于導熱通路的形成。
不同尺寸導熱填料顆粒級配示意圖
目前，行業上多采用不同粒徑的填料搭配使用，以獲得較高的導熱率。選用不同尺寸的顆粒作為混合填料填充到基體材料中，大顆粒構成主要的導熱通路，將小顆粒填充到大顆粒間的空隙中以形成更為豐富的導熱網絡，從而實現復合材料導熱性能的提高。
填充量不同，導熱能力不同
當填充量不足時，填料分散在基體中，為孤立存在的狀態，不能形成連續地導熱通路，此時復合材料的導熱性能的提高主要依賴于導熱填料的增加。當高于逾滲閾值濃度，導熱填料在基體中形成具有高導熱率的連續滲透結構，復合材料的導熱系數隨著填料含量的增加而呈指數性地增加。當導熱填料填充量高于60-70vol.%，導熱填料在基體中形成連續豐富的熱傳導路徑。
高填充量在基體中形成導熱通路示意圖
然而，高的填充量會導致成本的增加、質量的增加和力學性能的降低，這些都會降低電子設備使用性能。因此，我們需要研發高性能的復合材料，在低填充量的前提下，實現高導熱，以滿足現代工業發展的需要。
表面改性程度不同，導熱能力也不同
界面熱阻一部分來源于界面引起的熱流阻擋，是由于復合材料中兩個組成相之間的機械或化學不匹配造成的。界面熱阻的另一個來源是導熱填料與基體之間不完美的物理接觸和弱界面粘合。為了解決界面熱阻的問題，填料的表面化學功能化被認為是一種有效的方法。填料的表面化學官能化可形成共價橋鍵，從而改善界面粘附性，通過互連顆粒-樹脂和顆粒-顆粒界面，可使界面聲子散射最小化。為了提高聚合物復合材料的熱導率，表面處理已應用于不同的填料，如氮化硼納米管，石墨烯等。導熱填料可以通過使用不同的試劑如丙酮，胺，硝酸，硫酸，硅烷等進行官能化。
純度不同，導熱能力也不同
以往，我國廠商生產的熱界面材料無法媲美國外廠家，原材料(如有機硅、氧化鋁、鋁和氮化鋁)純度不夠是其中一大因素。
填料中的雜質不但會對導熱界面材料電氣性能產生影響，而且對工藝性能也有一定影響。
參考來源：
[1]朱晴.高導熱熱界面材料的制備及其導熱性能研究
[2]孟凡成.導熱界面材料的制備與性能研究
[3]李建忠等.導熱界面材料及導熱填料Al2O3的技術研究
（中國粉體網編輯整理/山川）
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