隨著集成電路的高度集成化和逐漸微型化，電氣設備功率密度的不斷提高使其面臨嚴峻的散熱挑戰。電氣設備中的電子元器件作為發熱源，需要通過熱界面材料才能與導熱結構件之間進行高效熱量傳輸，然后導熱結構件通過內部空氣與外殼進行熱交換，最后將熱量散發到外部環境中。因此，高性能熱界面材料的設計、開發和應用對解決電氣設備散熱問題至關重要。

圖1 高功率芯片熱傳導示意圖

導熱硅膠墊片作為當前使用最廣泛的熱界面材料之一，不僅專門利用聚合物的可壓縮特性能夠對縫隙進行有效填充，而且具有遠超聚合物基體的熱導率，有效打通了發熱源與導熱結構件之間的熱傳輸通道，使熱量傳輸效率更高效以滿足電氣設備散熱需求。同時墊片厚度可調，并且集較佳的電絕緣特性、良好的彈性和密封效果于一身，能夠滿足設備微型化的設計要求。

但是由于普通硅膠導熱性能非常差，因此需要添加導熱填料以提高其導熱性能。氧化鋁因其能夠滿足熱界面材料熱導率需求，同時具有來源廣泛，制造成本低，應用性價比高等優勢，成為目前最常用的導熱填料。按照外觀形態可將氧化鋁填料分為片狀氧化鋁和球形氧化鋁兩大類。

片狀氧化鋁具有特殊的二維片狀結構(長徑比大于10:1)，粒徑通常在幾微米到幾十維米范圍內，厚度約幾百納米，主要通過熔鹽法、溶膠凝膠法、球磨混合法等路線制備，廣泛應用于導熱填料、增韌劑、耐火材料和珠光顏料等。以片狀氧化鋁為填料時，具有高長徑比的微米級氧化鋁片更容易在聚合物基體內相互接觸形成有效導熱網絡，可有效提高熱界面材料的熱導率。因此在相同氧化鋁填充量時，片狀氧化鋁填充的導熱硅膠墊片導熱性能要優于球形氧化鋁填充的導熱硅膠墊片。此外也可對二維片狀氧化鋁進行結構設計，通過真空輔助抽濾、熱壓、靜電紡絲等技術誘導二維片狀結構層層有序組裝，在平面內形成有效導熱通道，從而設計和開發出具有高平面內熱導率的各向異性導熱材料，可應用于大平板散熱等使用場景。

圖2 片狀氧化鋁有序組裝構建的具有高平面內熱導率的復合材料

但是由于片狀氧化鋁顆粒表面能較球形氧化鋁更大，表面流動性更差，同時片狀氧化鋁顆粒和顆粒之間的接觸和碰撞相比于球形氧化鋁更劇烈，使得片狀氧化鋁與聚合物組成的混合體系粘度會更高，最終導致硅膠導熱墊片柔韌性大幅下降。此外，相比于球形氧化鋁，制備過程中片狀氧化鋁在復合體系中更易發生沉降，導致硅膠導熱墊片上下分層，均勻性明顯降低。因此，片狀氧化鋁作為導熱填料時對成型工藝要求更高，這也是其在導熱硅膠墊片中應用相對較少的主要原因。

圖3 片狀氧化鋁在復合體系中沉降示意圖

球形氧化鋁形貌呈現為規則球形結構，粒徑通常在幾微米到幾十維米范圍內，主要通過液相沉淀法、高溫等離子體法、噴霧熱解法等路線制備。市售球形氧化鋁粉體球化率和產率都比較高，粒徑也可根據具體使用場景進行定制化處理，綜合使用成本相對較偏低。以球形氧化鋁為填料時，顆粒的球形度越高，其表面能就越小，表面流動性也就越好，能夠與聚合物基體更加均勻的混合，混合體系流動性更好，成膜后制備得到的復合材料均勻性更好。所以用球形氧化鋁為導熱填料制備導熱硅膠墊片時，當氧化鋁顆粒球形度越高時，其柔韌性也就越高，力學性能更好。因此相比于片狀氧化鋁，以球形氧化鋁為導熱填料制備得到的熱界面材料柔韌性和機械性能更好。

圖4 球形氧化鋁在復合體系中均勻分布示意圖

但是大尺寸球形氧化鋁顆粒在制備過程中容易在晶體內部形成氣孔及空位等晶體缺陷，導致其其導熱率降低。同時相比于高長徑比片狀氧化鋁，球形氧化鋁不容易在聚合物基體內部形成導熱網絡，因此在相同填料填充量下，球形氧化鋁填充的導熱硅膠墊片導熱性較差。

綜上所述，片狀氧化鋁填充的熱界面材料其導熱性能更具優勢，但是不易成型，均勻性和柔韌性較差，當前應用場景較少，急需開發新型復合策略和制備方法以解決難成型、柔性差等難題；球形氧化鋁填充的熱界面材料雖然導熱性能略差，但是具備較佳的柔韌性和力學性能，市場應用更廣泛。

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