中國粉體網訊 隨著電子產品及其器件的小型化和高度集成化，散熱問題已經成為制約電子技術發展的重要瓶頸，而其中決定散熱功效的熱界面材料等導熱復合材料更是受到人們越來越多的關注。
目前商業導熱復合材料一般由有機物和導熱填料復合而成。由于有機物的熱導率很低，一般小于0.5W/m·K，所以導熱復合材料的熱導率主要由導熱填料決定。
常見的聚合物基體與導熱填料的熱導率
目前市場上應用最廣泛的填料是以Al2O3等為代表的氧化物填料，但氧化鋁的本征熱導率只有38~42W/m·K，受其限制，將很難制備出滿足未來散熱材料市場需求的導熱復合材料。
與之相比，AlN的理論熱導率高達320W/m·K，且具有熱膨脹系數小、絕緣性能好、介電常數低、與硅膨脹系數相匹配等優異性能，因此以AlN粉體為填料來制備導熱復合材料近年來受到熱捧。
有個關鍵問題必須解決
雖然氮化鋁綜合性能遠優于氧化鋁、氧化鈹和碳化硅，被認為是高集成度半導體基片和電子器件封裝的理想材料，但它有個不討人喜的地方，就是其易吸收空氣中的水發生水解反應，使其表面包覆上一層氫氧化鋁薄膜，導致導熱通路中斷且聲子的傳遞受到影響，并且其大含量填充會使聚合物粘度大大提高，不利于成型加工。
為了克服上述問題，必須對導熱粒子進行表面改性以改善二者之間的界面結合問題。目前主要有兩種對無機顆粒表面進行改性的方法，一種是表面化學反應法，它是小分子物質如偶聯劑在無機顆粒表面的吸附或反應。另一種是表面接枝法，它是聚合物單體與無機顆粒表面的羥基發生接枝反應。
目前普遍使用的是偶聯劑表面改性，如硅烷和鈦酸酯偶聯劑及其它類型表面處理劑。與表面化學反應法相比，表面接枝法具有更大的靈活性，它能根據不同的特性需求選擇滿足條件的單體和接枝反應過程。
粒徑大小和形狀對導熱材料的影響
氮化鋁粒徑大小對高分子復合材料的導熱性能的影響主要表現在兩個方面。一方面，大尺寸填料的比表面積小，其所形成的界面層面積就越小，即熱界面阻力越小，理論上獲得的熱導率越高；另一方面，小粒徑填料的堆砌密度更高，從而可有效降低空隙，提高導熱性能。
這不是矛盾嗎？粒徑到底是大了好還是小了好呢？其實，氮化鋁填料粒徑過大過小都不好，太大導致堆砌密度小且分布不均勻，熱導率減小。粒徑太小導致界面多，熱阻大，且小粒徑填料更易聚集，引起體系粘度的上升，導致聚合物中空隙的存在，使得聚合物力學和熱學性能的下降。
因此我們要求粒徑“不大不小”，但這很難達到理想要求。于是人們想到了一個好辦法——不同粒徑顆粒復配使用。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。
不同尺寸導熱填料顆粒級配示意圖
再來說說形狀，填料的形狀（晶須狀、纖維狀、片狀、球狀）對材料的導熱性能有影響，形成導熱通路的難易程度是：晶須狀＞纖維狀＞片狀＞球狀，但球狀填料形成的堆積密度最大，在高填充時，不會導致黏度的急劇增加，反而在工業中應用最為廣泛。
此外，加工工藝也會影響氮化鋁在聚合物導熱材料中的應用效果，這是因為加工工藝會影響填料在基體中的分散及分布情況，填料在基體中的分散狀態會影響復合材料導熱通路的形成，從而影響復合材料的導熱性能。按照聚合物復合時的不同形態，可以將加工成型方法分為溶液共混，粉末混合，熔融混合三種方式，其對導熱性能提高的效果呈現以下特點：粉末混合＞溶液共混＞熔融混合。
參考來源：
[1]王媛等.氮化鋁／聚合物復合導熱塑料研究進展
[2]王琦等.氮化鋁基導熱復合材料的制備及性能
（中國粉體網編輯整理/山川）
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