電氣設備的散熱挑戰對聚合物基導熱復合材料的導熱性能提出了更高要求。綜合考慮復合材料的傳熱原理、制備方法以及使用場景等因素，目前向聚合物基體中添加結晶度更高、導熱性能更好的無機粉體填料，是聚合物基導熱復合材料熱導率實現跨越式增長的高效方法之一。

在此以h-BN導熱填料為例，討論h-BN/聚合物復合材料熱導率的影響因素和提升策略。在h-BN/聚合物復合材料中，填料、填充形式以及填料與聚合物基體的界面是影響其導熱性能的重要因素。

h-BN作為導熱填料是h-BN/聚合物復合材料內部熱量傳輸的“高速公路”，其形狀、尺寸、填充量等都對復合材料熱導率產生影響。

導熱填料的形狀主要包括片狀、球狀、棒狀、無規則形狀等。其中，h-BN填料的常用形態為片狀和球狀。通常情況下球狀h-BN填充的復合材料熱導率表現為各向同性。而片狀h-BN填料本身熱導率就表現為各向異性，因此可以通過特定的制備工藝將h-BN均勻且有序地分散在聚合物基體中，從而實現復合材料在某一方向上的導熱性能增強。

導熱填料尺寸的選取要綜合考慮h-BN在聚合物基體中的分散性、h-BN之間的界面熱阻等制約因素。納米或微米尺度的h-BN填料一般在聚合物基體中分散效果良好，容易均勻分布，從而賦予h-BN/聚合物復合材料較佳的機械性能。但是當h-BN之間的界面熱阻限制復合材料熱導率增長時，增加h-BN的尺寸能夠有效降低接觸熱阻，使復合材料熱導率進一步增加。

h-BN填充量對復合材料熱導率的影響通常可分為三個階段。第一階段時，聚合物基體占比很高，復合材料熱導率隨h-BN填充量增加而緩慢增加，整體表現為線性增長趨勢。這種緩慢增長趨勢主要歸因于在h-BN填充量較低時，聚合物基體作為熱的不良導體將h-BN之間相互隔離，復合材料內部無法構建高效的導熱通道，熱量在復合材料內部仍然主要依靠聚合物基體進行傳輸，因此對復合材料的導熱增強效果較為微弱。第二階段時，隨著h-BN填充量持續增加，h-BN之間有效接觸逐漸構建完整的高速導熱通路，復合材料熱導率快速增加，整體表現為非線性增長趨勢。這種現象可通過逾滲理論進行解釋，當h-BN填充量達到逾滲臨界值時，h-BN之間在復合材料內部有效構建了導熱網絡，為聲子等導熱載體的快速傳輸提供了有效通道。同時隨h-BN填充量增加，該導熱網絡的完整性顯著增強，極大地提高了復合材料的熱傳輸效率。因此，形成逾滲網絡對提升復合材料導熱性能具有關鍵作用。第三階段時，復合材料熱導率隨著h-BN填充量進一步增加而逐漸降低。這是因為h-BN填充量非常高時，h-BN之間的界面快速增加，熱量傳輸時需要克服大量的界面熱阻，因此復合材料導熱性能受到界面熱阻的制約表現為下降趨勢。

h-BN作為導熱填料在聚合物基體中的分布可分為隨機分布、單軸取向、雙軸取向、三維網絡四種類型。

h-BN填料在聚合物基體中的隨機分布可通過熔融混合、溶液混合等簡單制備方法實現。h-BN填料隨機分布的復合材料可通過選擇結晶程度更好、熱導率更高的h-BN以及提高h-BN填充量來提升導熱性能。但是一味地增加h-BN填充量會產生很多弊端：首先當h-BN與聚合物之間配比失調時，會導致復合材料難以加工和成型，同時均勻性大幅度降低。其次，當h-BN填充量增加到一定程度時，復合材料的整體機械性能會被犧牲掉很多，意味著高填充量的復合材料熱導率雖然提升，但是機械性能大幅度下降。

單軸取向和雙軸取向是指導熱填料在外力誘導下按照特定方向順序排列。相比于導熱填料的隨機取向，單軸取向和雙軸取向在復合材料內部構建了高效導熱通道，降低了導熱填料的逾滲臨界值，因此在相同填充量下經過取向化處理的復合材料導熱性能更優異。h-BN填料的取向化處理通常可通過冰模板法、真空輔助抽濾法、靜電紡絲法等方式實現，且對復合材料熱導率提升效果明顯，因此更具研究價值和應用價值。

由導熱填料構筑的三維網絡如蜂窩孔結構、年輪結構等，可在復合材料內部形成熱量傳輸的高速通道，因此將導熱填料有效互連構建三維導熱網絡是聚合物基復合材料導熱性能大幅度提升的重要途徑之一。結合復合材料的三維空間模型、數學模型、熱力學和動力學模型，同時控制制備工藝，在復合材料內部構建h-BN填料有效互聯的三維網絡能夠很大程度上降低逾滲閾值，制備得到導熱性能增強的電絕緣導熱復合材料。

增強填料與聚合物基體的界面相容性也是提高復合材料熱導率的有效途徑之一。在熱量傳輸過程中，復合材料內部聲子的不間斷傳輸是影響其宏觀熱導率的關鍵。聚合物和h-BN填料都是聲子傳輸載體，為保證聲子傳輸的連續性，要求聚合物和h-BN填料之間具備良好的界面相容性。通常對導熱填料進行表面功能化處理是提高其與聚合物界面相容性的有效措施。導熱填料經過表面功能化處理后，不僅在聚合物基體中的分散效果更好，更重要的是能夠增加與聚合物的接觸面積，避免產生空氣所填滿的空隙，有效降低界面熱阻。

綜上所述，通過控制填料形態、填充形式以及填料與聚合物基體的界面，結合理論計算模型，更多種類和更高熱導率的h-BN/聚合物復合材料正在被開發，期望能夠面對和克服集成化和高功率帶來的散熱挑戰。

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