高分子材料具有密度小、易加工、電絕緣性好等優(yōu)點，因此被廣泛用于如微電子集成與封裝等領域。不過高分子材料一般都是熱的不良導體，散熱能力往往會成為其瓶頸，為了增強高分子材料的綜合性能，加入導熱填料進行復合成為了主要的加工手段。

導熱硅膠

導熱填料種類繁多，為了獲得更好的導熱效果，應用上廠商往往會采取“混搭”的形式往高分子材料中加入兩種或兩種以上的導熱填料。目前填料的混搭方式主要有：不同材料的混合、不同粒徑的混合以及不同形狀的混合。具體如下：

混搭①：不同的導熱材料混合

不同的導熱材料進行混搭，可以做出相當寬廣的導熱系數(shù)產(chǎn)品。目前常用的導熱填料有Al₂O₃、MgO、ZnO、AlN、BN、SiC等；其中，市場使用占有率大多是以微米級Al₂O₃、硅微粉（結晶二氧化硅）等為主，納米Al₂O₃、氮化物則多做為高導熱領域的填充粉體；而ZnO大多做為導熱膏（導熱硅脂）填料用。以下是一些常見填料的優(yōu)缺點對比：

通過將以上無機陶瓷填料填充到高分子基質(zhì)中，就可以制取具有良好導熱性和絕緣性以及不錯的物理機械性能的復合材料。但有時候采用單一填料無法滿足應用需求，就需要采用復配填料來達到應用需求，像Al₂O₃的熱導率較低但價格適中，就可以混入一些價格較高但熱導率也高的填料一起使用，這樣就能在成本可控的前提下，提高復合材料的綜合性能。

比如說液體硅橡膠中常填充體積分數(shù)40%-50%的氧化鋁及5%-10%的氮化硼粉末，這樣制得的導熱復合硅橡膠可用于電子器械；以及有研究人員以SiC、AlN、Al₂O₃、MgO為混合填料填充室溫硫化硅橡膠，結果所制得的硅橡膠的熱導率可高達1.3~2.5W/(m·K)。

混搭②：不同粒徑的填料混合

填料粒徑大小和基體樹脂粉末粒徑大小均對體系的熱導率有一定影響。導熱填料經(jīng)過超細微化處理可有效地提高其自身的導熱性能，同一種導熱填料，填料越細，越有利于其在絕緣高分子材料中的分散和導熱填料之間的相互接觸和相互作用，從而有利于提高熱導率。

但這不代表填料粒徑越小就越好——暫且不提高填充量下，粒徑大小對熱導率影響將減弱；不同粒徑的填料搭配，往往能比單一粒徑填料更能提高高分子材料的熱導率，這是由于小顆粒能夠進入大顆粒無法占據(jù)的空間，存在于大顆粒之間的間隙中，與大顆粒或小顆粒形成更緊密的堆積，增加填料之間的接觸，從而提高材料的導熱性能。

研究結果證實，多種粒徑導熱填充料混合填充時，對提高導熱性和降低黏度有明顯影響，當粒徑分布適當時，完全可以同時得到最高導熱率和最低黏度。以球形氧化鋁為例，微米級與納米級的混搭往往能展現(xiàn)出更優(yōu)異的導熱特性。

混搭③：不同形狀的填料混搭

不同微觀表面形態(tài)填料具有不同的幾何結構和微觀形態(tài)，對材料性能有很大的影響。填料主要有不規(guī)則顆粒、類球形、球形、片狀、纖維狀等，它們在基體樹脂中的分布狀態(tài)及導熱網(wǎng)鏈的形成對體系的熱導率有重要影響。

類球形氧化鋁和片狀氧化鋁

其中，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(xiàn)；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(xiàn)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(yōu)勢。

如果就這么看，似乎片狀填料和纖維狀填料占據(jù)了絕對優(yōu)勢，實則不然。在實際應用中，往往會將球粒狀填料和具片狀/晶須填料配合使用，由于混雜效應，填料間相互接觸幾率增大，更易形成導熱通路，比單一微觀形態(tài)的粒子更能提高體系的導熱性能。如下圖就是“球形+片狀”氮化硼填料的導熱機理示意圖，很明顯這樣的搭配（內(nèi)部傾向于各向異性）可促進導熱網(wǎng)絡形成，改善復合材料穿過平面的熱導率。

（圖片來源：Saint-Gobain）

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