?填料表面改性技術(shù)破解導(dǎo)熱材料性能瓶頸的“金鑰匙”

文章出處：產(chǎn)品百科責(zé)任編輯：東莞東超新材料科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2025-04-25

　　導(dǎo)熱界面材料通常是向聚合物基體添加高導(dǎo)熱填料制備成的一種聚合物復(fù)合材料，大多數(shù)的聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率較低，導(dǎo)熱性能的提高主要依賴于導(dǎo)熱填料。

多功能集成也是導(dǎo)熱填料技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在現(xiàn)代電子設(shè)備中，如智能手機(jī)、筆記本電腦等，不僅需要材料具備良好的導(dǎo)熱性能，還需要具備絕緣、電磁屏蔽等多種特性。為了滿足這些需求，研究人員可通過(guò)將導(dǎo)熱填料與絕緣材料、電磁屏蔽材料等進(jìn)行復(fù)合，可以實(shí)現(xiàn)多種功能的集成。

在尖端電子設(shè)備與能源系統(tǒng)的熱管理領(lǐng)域，傳統(tǒng)有機(jī)散熱材料已顯現(xiàn)出明顯性能局限。當(dāng)采用無(wú)機(jī)填料增強(qiáng)方案時(shí)，材料體系內(nèi)部卻頻繁產(chǎn)生多尺度結(jié)構(gòu)缺陷——分散不均的填料形成熱傳導(dǎo)屏障，界面處的能量損耗持續(xù)加劇，甚至出現(xiàn)功能性組分分離失效。

為何必須對(duì)填料實(shí)施"表面改性技術(shù)工程"？

無(wú)機(jī)填料與有機(jī)基體間的本征屬性差異構(gòu)成了根本性矛盾。以典型無(wú)機(jī)填料為例，其表面化學(xué)特性與聚合物網(wǎng)絡(luò)存在顯著錯(cuò)配，這種不相容性不僅誘發(fā)填料聚集形成熱阻區(qū)，更會(huì)在兩相界面產(chǎn)生大量微觀缺陷，導(dǎo)致熱能傳遞路徑的中斷。

解決辦法：導(dǎo)熱填料表面改性
導(dǎo)熱填料的表面改性是制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料的關(guān)鍵一步。導(dǎo)熱填料的表面改性不僅能改善其在聚合物基體中的分散性，減少自身的團(tuán)聚現(xiàn)象，還能增強(qiáng)填料粒子與聚合物基體之間的作用力，增強(qiáng)導(dǎo)熱填料與基體的界面相容性，減少界面上的空隙，減小二者之間的界面散射熱阻，進(jìn)而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱與其他性能。

很多表面改性劑已被用于改性填料表面以減少界面熱阻，包括表面活性劑、偶聯(lián)劑、有機(jī)硅烷和鈦酸鹽、功能聚合物和無(wú)機(jī)涂料等。

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硅烷偶聯(lián)劑是常用于表面處理的方法之一。不同硅烷偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行表面修飾可以有效地在無(wú)機(jī)顆粒表面引入不同基團(tuán)，如環(huán)氧基，氨基等。引入的基團(tuán)與聚合物基體間發(fā)生共價(jià)結(jié)合，使得無(wú)機(jī)顆粒與基體間有較為平滑的接觸界面，大大降低了界面接觸熱阻，從而提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。需要注意的是，引入不同的基團(tuán)對(duì)其熱導(dǎo)率的改善效果也不盡相同，這是因?yàn)椴煌鶊F(tuán)對(duì)不同基體的結(jié)合程度不同。

表面接枝改性是指將表面接有活性基團(tuán)的無(wú)機(jī)粒子分散至引發(fā)單體中，然后經(jīng)引發(fā)劑作用，單體在無(wú)機(jī)粒子表面聚合形成包覆層。表面接枝的聚合物有聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、超支化聚合物等。

同樣地，對(duì)無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行表面接枝，在其表面引入終端基團(tuán)同樣可以起到相同的效果。

除對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行表面修飾提高界面相容性外。還可以通過(guò)在填料周?chē)渌牧蟻?lái)提高整個(gè)復(fù)合體系的導(dǎo)熱性能。該種方法往往形成一個(gè)核-殼結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部的高導(dǎo)熱粒子特性與包裹層性質(zhì)的同時(shí)影響下，使復(fù)合材料具有更加優(yōu)異的物理化學(xué)性能。

東超新材導(dǎo)熱填料的研究正從單一性能優(yōu)化向多功能復(fù)合化、綠色化方向邁進(jìn)。隨著納米技術(shù)和制備工藝的突破，導(dǎo)熱材料將在5G通信、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域發(fā)揮更關(guān)鍵作用。

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?參考資料：粉體圈
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