中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在5G通信、新能源汽車、高性能芯片等領(lǐng)域，高效散熱已成為制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)聚合物基導(dǎo)熱材料（如硅膠、環(huán)氧樹脂）的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.1~0.3 W/(m·K)，遠(yuǎn)無(wú)法滿足需求。而通過(guò)添加導(dǎo)熱填料提升導(dǎo)熱性能時(shí)，往往面臨填料團(tuán)聚、界面熱阻高、滲油等難題。此時(shí)，表面改性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為破解導(dǎo)熱材料性能瓶頸的“金鑰匙”！
為什么導(dǎo)熱填料需要“表面改性”？
導(dǎo)熱填料的表面特性直接影響其在基體中的分散性和界面結(jié)合力。例如，氧化鋁雖性價(jià)比高，但其強(qiáng)極性表面與有機(jī)基體（如環(huán)氧樹脂）相容性差，導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚、界面空隙增多，最終降低導(dǎo)熱效率。
關(guān)鍵問(wèn)題總結(jié)：
1.界面聲子散射：填料與基體聲子振動(dòng)頻率不匹配，熱量傳遞受阻。
2.滲油與穩(wěn)定性差：如導(dǎo)熱凝膠中的氧化鋁填料易與基體油分離，導(dǎo)致滲油和性能衰減。
3.機(jī)械性能不足：團(tuán)聚現(xiàn)象削弱材料的力學(xué)強(qiáng)度和長(zhǎng)期可靠性。
導(dǎo)熱填料如何表面改性？
填料改性的方法有很多種，其中有物理改性法以及化學(xué)改性法，但是目前應(yīng)用最多且改性效果較好的改性方法是化學(xué)改性法，其中主要包括偶聯(lián)劑改性、酯化反應(yīng)改性以及表面接枝改性。
1.物理改性法
物理方法主要包括機(jī)械力分散、超聲波分散和高能處理等。這些方法可以通過(guò)機(jī)械研磨、球磨、砂磨、高速攪拌等方式使粒子與高分子聚合物機(jī)械共混，形成無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料。
2.化學(xué)改性法
偶聯(lián)劑改性是通過(guò)將偶聯(lián)劑上的有機(jī)分子結(jié)合到無(wú)機(jī)粉體表面。使得無(wú)機(jī)粉體的表面自由能降低，減小團(tuán)聚現(xiàn)象，增大與有機(jī)基體的相容性。一般有硅烷偶聯(lián)劑鈦酸酯偶聯(lián)劑以及鋁酸酯偶聯(lián)劑等。
酯化反應(yīng)是由無(wú)機(jī)粉體表面上的羥基與改性劑中的羧基或醇羥基發(fā)生反應(yīng)，使有機(jī)分子連接到粉體表面，從而降低粉體表面的極性。
表面接枝改性是指將表面接有活性基團(tuán)的無(wú)機(jī)粒子分散至引發(fā)單體中，然后經(jīng)引發(fā)劑作用，單體在無(wú)機(jī)粒子表面聚合形成包覆層。表面接枝的聚合物有聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、超支化聚合物等。
不同官能團(tuán)修飾后的Al2O3顆粒在基體中分散狀態(tài)：(a)環(huán)氧基修飾Al2O3；(b)氨基修飾Al2O3；(c)氧化石墨烯修飾Al2O3
未來(lái)趨勢(shì)：智能化與集成化
隨著科技的飛速發(fā)展和各領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮牟粩嗵岣撸瑢?dǎo)熱填料的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)，為滿足未來(lái)復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景的需求奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
智能設(shè)計(jì)是導(dǎo)熱填料技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱填料研發(fā)往往依賴于大量的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，過(guò)程繁瑣且效率低下，可通過(guò)建立機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)，從而預(yù)測(cè)不同形貌的導(dǎo)熱填料與導(dǎo)熱性能之間的關(guān)系。
多功能集成也是導(dǎo)熱填料技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在現(xiàn)代電子設(shè)備中，如智能手機(jī)、筆記本電腦等，不僅需要材料具備良好的導(dǎo)熱性能，還需要具備絕緣、電磁屏蔽等多種特性。為了滿足這些需求，研究人員可通過(guò)將導(dǎo)熱填料與絕緣材料、電磁屏蔽材料等進(jìn)行復(fù)合，可以實(shí)現(xiàn)多種功能的集成。
導(dǎo)熱填料的研究正從單一性能優(yōu)化向多功能復(fù)合化、綠色化方向邁進(jìn)。隨著納米技術(shù)和制備工藝的突破，導(dǎo)熱材料將在5G通信、新能源汽車等領(lǐng)域發(fā)揮更關(guān)鍵作用。未來(lái)需進(jìn)一步解決成本、性能平衡及環(huán)境兼容性問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
參考來(lái)源：
1.東莞東超新材官網(wǎng)
2.趙登云. 高導(dǎo)熱填料表面改性的研究及其應(yīng)用. 東華大學(xué)
3.賈春燕等. 導(dǎo)熱填料氧化鋁的表面處理研究. 輕金屬
4.曹亞蒙等. 硅烷偶聯(lián)劑A-172對(duì)環(huán)氧澆注用氧化鋁表面處理研究. 絕緣材料
5.歐陽(yáng)玉閣. 球形氧化鋁粉體在陶瓷和導(dǎo)熱復(fù)合材料上的應(yīng)用研究. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
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