中國粉體網訊  在5G通信、新能源汽車、高性能芯片等領域，高效散熱已成為制約技術發(fā)展的關鍵瓶頸。傳統聚合物基導熱材料（如硅膠、環(huán)氧樹脂）的導熱系數僅為0.1~0.3 W/(m·K)，遠無法滿足需求。而通過添加導熱填料提升導熱性能時，往往面臨填料團聚、界面熱阻高、滲油等難題。此時，表面改性技術應運而生，成為破解導熱材料性能瓶頸的“金鑰匙”！

為什么導熱填料需要“表面改性”？

導熱填料的表面特性直接影響其在基體中的分散性和界面結合力。例如，氧化鋁雖性價比高，但其強極性表面與有機基體（如環(huán)氧樹脂）相容性差，導致顆粒團聚、界面空隙增多，最終降低導熱效率。

關鍵問題總結：

1.界面聲子散射：填料與基體聲子振動頻率不匹配，熱量傳遞受阻。

2.滲油與穩(wěn)定性差：如導熱凝膠中的氧化鋁填料易與基體油分離，導致滲油和性能衰減。

3.機械性能不足：團聚現象削弱材料的力學強度和長期可靠性。

導熱填料如何表面改性？

填料改性的方法有很多種，其中有物理改性法以及化學改性法，但是目前應用最多且改性效果較好的改性方法是化學改性法，其中主要包括偶聯劑改性、酯化反應改性以及表面接枝改性。

1.物理改性法

物理方法主要包括機械力分散、超聲波分散和高能處理等。這些方法可以通過機械研磨、球磨、砂磨、高速攪拌等方式使粒子與高分子聚合物機械共混，形成無機/有機復合材料。

2.化學改性法

偶聯劑改性是通過將偶聯劑上的有機分子結合到無機粉體表面。使得無機粉體的表面自由能降低，減小團聚現象，增大與有機基體的相容性。一般有硅烷偶聯劑鈦酸酯偶聯劑以及鋁酸酯偶聯劑等。

酯化反應是由無機粉體表面上的羥基與改性劑中的羧基或醇羥基發(fā)生反應，使有機分子連接到粉體表面，從而降低粉體表面的極性。

表面接枝改性是指將表面接有活性基團的無機粒子分散至引發(fā)單體中，然后經引發(fā)劑作用，單體在無機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。

不同官能團修飾后的Al₂O₃顆粒在基體中分散狀態(tài)：(a)環(huán)氧基修飾Al₂O₃；(b)氨基修飾Al₂O₃；(c)氧化石墨烯修飾Al₂O₃

未來趨勢：智能化與集成化

隨著科技的飛速發(fā)展和各領域對材料性能要求的不斷提高，導熱填料的技術發(fā)展呈現出多元化的趨勢，為滿足未來復雜應用場景的需求奠定了堅實基礎。

智能設計是導熱填料技術發(fā)展的一個重要方向。傳統的導熱填料研發(fā)往往依賴于大量的實驗和經驗，過程繁瑣且效率低下，可通過建立機器學習模型，對大量的實驗數據和理論計算結果進行分析和學習，從而預測不同形貌的導熱填料與導熱性能之間的關系。

多功能集成也是導熱填料技術發(fā)展的必然趨勢。在現代電子設備中，如智能手機、筆記本電腦等，不僅需要材料具備良好的導熱性能，還需要具備絕緣、電磁屏蔽等多種特性。為了滿足這些需求，研究人員可通過將導熱填料與絕緣材料、電磁屏蔽材料等進行復合，可以實現多種功能的集成。

導熱填料的研究正從單一性能優(yōu)化向多功能復合化、綠色化方向邁進。隨著納米技術和制備工藝的突破，導熱材料將在5G通信、新能源汽車等領域發(fā)揮更關鍵作用。未來需進一步解決成本、性能平衡及環(huán)境兼容性問題，以實現大規(guī)模產業(yè)化應用。

參考來源：

1.東莞東超新材官網

2.趙登云. 高導熱填料表面改性的研究及其應用. 東華大學

3.賈春燕等. 導熱填料氧化鋁的表面處理研究. 輕金屬

4.曹亞蒙等. 硅烷偶聯劑A-172對環(huán)氧澆注用氧化鋁表面處理研究. 絕緣材料

5.歐陽玉閣. 球形氧化鋁粉體在陶瓷和導熱復合材料上的應用研究. 中國科學院大學

（中國粉體網編輯整理/輕言）

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