在生產(chǎn)制造業(yè)中，常常都會用到與散熱相關(guān)的材料，其中高分子導(dǎo)熱材料是最常用的種類之一，包括有導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱膠粘劑等產(chǎn)品。不過這些高分子材料受限于自身素質(zhì)，要想獲得良好的導(dǎo)熱能力，就得依靠熱導(dǎo)率高的填料來發(fā)揮作用。

常規(guī)的導(dǎo)熱填料之前已經(jīng)介紹過很多了，比如說氮化物有 AlN、BN、Si₃N₄，氧化物有Al₂O₃、MgO、ZnO、SiO₂等。不過材料界那么廣袤，并不僅有這幾種填料才能發(fā)揮功效，下面便來給大家介紹幾種更為特別的非常規(guī)導(dǎo)熱填料，它們不僅能提高聚合物導(dǎo)熱能力，同時(shí)還能賦予聚合物其他功能性，如高介電常數(shù)（k）、儲能、磁性及力學(xué)性能等。

1.納米金剛石

納米金剛石（ND）具有許多優(yōu)勢，如優(yōu)越的力、電、光和熱性能，高電阻率、高擊穿場強(qiáng)、低介電常數(shù)、低熱膨脹、和聚合物有強(qiáng)界面作用力、生物相容性、無毒以及表面可進(jìn)行多種改性修飾等，被科學(xué)家認(rèn)為是一種能夠滿足飛速發(fā)展的電子工業(yè)對熱管理的超高要求的理想熱管理材料。其顯微結(jié)構(gòu)如圖所示。

ND的高倍顯微結(jié)構(gòu)

不同于金屬依靠外圍電子進(jìn)行傳熱，金剛石的熱量傳導(dǎo)僅由晶格振動（即聲子）完成，其原子之間極強(qiáng)的共價(jià)鍵使剛性晶格具有高振動頻率，因此其德拜特征溫度高達(dá)2220 K。但任何晶格缺陷都會產(chǎn)生聲子散射，從而降低熱傳導(dǎo)性，這是所有晶體材料的固有特征，因此不同種類的金剛石間性能差異很大，具體比較可看下表。

2.碳化硅SiC

碳化硅（SiC）憑借其價(jià)廉、高熱導(dǎo)率、耐磨等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國內(nèi)外研究較為活躍的導(dǎo)熱陶瓷材料。理論上SiC的熱導(dǎo)率非常高，達(dá)270W/(m·K)，因此被認(rèn)為可用于改善聚合物的導(dǎo)熱、耐磨及抗電暈性。

SiC和高的基體界面結(jié)合強(qiáng)度可有效降低界面熱阻，改善熱導(dǎo)率；另外在復(fù)合材料中構(gòu)建取向的一維熱通道可提高該方向的熱導(dǎo)率。Gu等用KH-560處理SiC后，在表面接枝氨基-籠型聚倍半硅氧烷（NH₂-POSS），將POSS-SiC和超高相對分子質(zhì)量聚乙烯粉末混合，熱壓成型，所制備材料比未改性SiC體系具有更高的熱導(dǎo)率，更低的k和介電損耗，歸因于POSS有效增強(qiáng)了相界面的作用力，有利于聲子傳遞，抑制了界面聲子極化。

3.碳化鈦TiC

碳化鈦(TiC)的熔點(diǎn)高、維氏硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，主要用來制造金屬陶瓷、耐熱合金和硬質(zhì)合金。用TiC制備的復(fù)相材料在機(jī)械加工、冶金礦產(chǎn)、航天領(lǐng)域、聚變堆等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用。Tantawy等成功制備了三元乙丙橡膠(EPDM)/TiC復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性以及電絕緣性，為解決當(dāng)前電子器件的散熱問題開辟了新路徑。

4.碳化硼B(yǎng)₄C

碳化硼(B₄C)是目前已知材料中莫氏硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的超硬材料，顯微維氏硬度高達(dá)3000 kg/mm²，密度僅為鋼鐵的1/3，熔點(diǎn)高約為2447℃，熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高，具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

因此硬度高，所以碳化硼也是防彈領(lǐng)域的熱門材料

Sun等在氬氣氛下于硼酸和硼混合粉體中加熱金剛石顆粒，在合成金剛石顆粒表面形成B₄C涂層。在金剛石表面鍍B₄C可提高金剛石與基體間的界面強(qiáng)度，降低界面熱阻。利用B₄C及含B₄C涂層的金剛石復(fù)合粒子填充聚合物可獲得綜合性能良好的導(dǎo)熱聚合物。

5.鈦酸鋇BaTiO₃

鐵電BaTiO₃粒子，具有高k、低D，一定導(dǎo)熱性能，可改善聚合物的介電和導(dǎo)熱性能。Zhao等研究了［720］取向和［001］取向的BaTiO₃單晶中鐵彈性域的局部熱導(dǎo)率，結(jié)果表明［001］取向和［720］取向的BaTiO₃晶體的局部熱導(dǎo)率分別為3.39 W/（m·K）和5.95 W/（m·K）。［720］取向的BaTiO₃熱導(dǎo)率急劇下降的根本機(jī)制是在內(nèi)部高度不均勻的應(yīng)變引起大量聲子散射。此發(fā)現(xiàn)解釋了鐵電材料特殊的熱輸運(yùn)行為，即除通常的自發(fā)極化方向外，在應(yīng)變工程方向上出現(xiàn)的高應(yīng)變可以調(diào)節(jié)壓電和鐵電特性。

6.硅Si

半導(dǎo)體Si具有一定的導(dǎo)熱性能，可改善聚合物的導(dǎo)熱能力和提高介電性能。球形、光滑表面填料粒子能夠均勻分散于聚合物基體中，Hou等采用射頻等離子體法一步合成尺寸均勻，表面光滑和高球形度Si納米微球，和酚醛樹脂復(fù)合后，Si微球均勻分散于基體中，Si含量為47%時(shí)，PF/Si的體系熱導(dǎo)率高達(dá)6.2 W/(m·K)，100 Hz下k高達(dá)106，是一類高熱導(dǎo)率和高k的聚合物復(fù)合材料，應(yīng)用于埋入式電容器和高儲能密度電容器，具有良好的散熱能力。

埋入式電容的主要部分就是高的介電常數(shù)和介質(zhì)材料的實(shí)現(xiàn)

7.其他

除上述無機(jī)功能粒子外，還有CeO₂、WS₂、Li₂MgSiO₄等導(dǎo)熱粒子，可有效改善聚合物的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能，降低體系的CTE。

另外，某些有機(jī)小分子也能在聚合物內(nèi)形成不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的連續(xù)晶體，借助連續(xù)晶體的規(guī)整結(jié)構(gòu)在晶體內(nèi)構(gòu)筑利于聲子傳遞的快速通道，顯著改善聚合物的導(dǎo)熱性能。通過選擇有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)和聚合物相對分子質(zhì)量及結(jié)構(gòu)，控制有機(jī)晶體和聚合物配比及結(jié)晶條件，就可以控制不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對聚合物內(nèi)部聲子導(dǎo)熱路徑及最終熱導(dǎo)率的調(diào)控。

與傳統(tǒng)無機(jī)和金屬導(dǎo)熱粒子不一樣的聲子傳遞通道

資料來源：

聚合物/新型導(dǎo)熱填料復(fù)合電介質(zhì)的研究進(jìn)展，李旭，周文英，張財(cái)華，張帆，張祥林。

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