聚合物基導熱復合材料具有耐腐蝕、質輕等優點，在航空航天、微電子包裝、換熱工程、化學工程和太陽能利用等領域有著廣泛的應用（見下表）。其制備方法已成為研究的熱點之一。

聚合物基導熱材料在工業中的應用

LED導熱塑料燈座，我想這應該算是我們生活中最常見的導熱塑料。

今天小編將從導熱填料顆粒形貌的角度為大家簡單分析導熱填料對復合材料的影響。

一、填料形態

導熱填料從形態上主要分為不規則顆粒、類球形、球形、片狀、纖維狀等，其形態對導熱性能影響重大。填料在基體中能否相互搭接形成有效導熱通路是復合材料導熱性能優異與否的關鍵。

球粒狀填料流動性好，在聚合物中填充性好，其搭接主要靠提高填料比例，使其互相接觸實現;；而片狀填料由于擁有較高的徑厚比，有效搭接面積較大，有利于熱量的傳導；纖維狀填料由于具有極高的長徑比，使其更容易搭接從而實現導熱作用，此外，由于其特殊的結構，在提高力學性能方面也有其獨特的優勢。

二、幾種不同形貌的填料簡析

1、球形填料填充導熱復合材料

球形導熱填料主要分為金屬粒子和無機導熱粒子等。其中金屬粒子主要應用于無絕緣要求的導熱材料，填料通常有金、銀、銅、鋅、鋁及其合金等；而無機導熱粒子多用于制備絕緣導熱復合材料，主要有氧化物、氮化物等。

在無機導熱粒子中，氧化鎂為白色或淡黃色粉末，耐火性良好。氮化鋁是原子晶體，具有低膨脹系數，高強度、高硬度和高熱導率。氮化硅電絕緣性優異，熱導率高達180W/(m?K)，強度較高。

氮化硅粉

2、片狀填料填充導熱復合材料

根據導電性質，片狀填料主要可以分為導電導熱填料和絕緣導熱填料兩大類。應用較廣的片狀導電導熱填料有片鋁、片銀、鱗片石墨、石墨烯，而常用的絕緣導熱填料有六方氮化硼( H-BN) 、片狀Al₂O₃、片狀MgO 等。

鱗片石墨是以電子、聲子雙重機理傳遞熱量，有研究表明，在相同填充量下，粒徑小的鱗片石墨量越多，取向度越高，越容易形成導熱通路，提高熱導率，但粒徑過小會導致填料分散不均造成團聚影響導熱效果。

六方氮化硼為石墨型晶格，俗稱白色石墨，質輕難溶耐高溫。有研究人員，李以聚砜為基體，六方片狀氮化硼為導熱填料，使用雙輥開煉機在高溫熔融共混，在填充質量分數為50%時，其熱導率可達到2. 336 W/( m·K)。

片狀氧化鋁是一種新型特種氧化鋁，具有六角形片狀的結構特征，擁有較大的徑厚比。這些特征使其保持氧化鋁的優良性能的基礎上，還獲得了一定的表面活性、優良的附著性及極好的屏蔽效應等性能。有研究表明，不同形態的Al₂O₃的導熱行為有很大的不同，在填充量僅為15%時，片狀Al₂O₃復合材料的熱導率高達0. 962 W/( m·K) ，比較顆粒狀Al₂O₃填料提高了127%。在片狀Al₂O₃填充量為30%時，復合材料熱導率可達1. 52 W/( m·K) 。

片狀氧化鋁電鏡圖

3、纖維狀填料填充導熱復合材料

纖維狀填料主要有碳納米管、碳纖維、碳化硅晶須、玻璃纖維等。填料的長徑比越高、填充量越大，則填料之間越容易相互接觸而在基體中形成連續的導熱通路，從而提高復合材料的熱導率，此外纖維狀填料由于其結構上的獨特性，還可有效降低由于填料增多而導致的力學性能急劇下降。

舉個例子，碳化硅晶須是一種晶格缺陷少且有一定長徑比的單晶纖維，具有相當好的導熱性能、優異的力學性能、高強度和抗高溫性能。研究人員以聚丙烯為基體，碳化硅顆粒和碳化硅晶須為導熱填料，利用共混/模壓分別制備了兩種填料單一填充和復合填充的導熱復合材料，在相同填充量時，晶須填充總是比顆粒填充的復合材料熱導率高，在填充質量分數為40% 時，前者比后者熱導率高20% 以上且具有更優良的力學性能。

參考文獻：

1、不同形態填料填充導熱復合材料的研究進展，劉升華，朱金華，王紫瀟，海軍工程大學理學院。

2、散熱工程塑料研究與應用進展，郝魯陽，溫變英，寇宗斌，北京工商大學材料與機械工程學院；張宜鵬，張輝，北京市化學工業研究院。

作者：粉體圈小白