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邹(zou)小姐：13326633089 -
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聚合物基导热材料(liao)因成本低廉且具有良(liang)好(hao)的加(jia)工特性而(er)得到广泛(fan)应(ying)用，通常由(you)导(dao)热(re)填(tian)料和聚(ju)合物基质(zhi)组成。一些电子(zi)器件例(li)如5G 通信和大规模集成电路等场合不仅要求散热材料具备高导热性能，还要求其具有良好的绝缘性能。
常(chang)用的(de)绝缘导热填料有氧(yang)(yang)化(hua)铝、氧(yang)(yang)化(hua)镁、氧(yang)(yang)化(hua)锌、氮(dan)化(hua)铝、氮(dan)化(hua)硼、碳化(hua)硅等，其中，氮(dan)化(hua)硼（BN）导热系数属于较高的级别，且不会像氮化铝一样水解，以及密度只有2.2g/cm3，而且在浆料中不易沉降，因此作为导热填料有独到优势。
传统导(dao)热(re)填(tian)料的缺陷
对于(yu)传统(tong)的(de)(de)(de)聚合(he)(he)物(wu)基导(dao)热材料(liao)(liao)(liao)，一般(ban)是将(jiang)导(dao)热填料(liao)(liao)(liao)随机分(fen)散于(yu)聚合(he)(he)物(wu)基体中。随着填料(liao)(liao)(liao)含量的(de)(de)(de)增加(jia)，填料(liao)(liao)(liao)与填料(liao)(liao)(liao)之间逐渐(jian)形成导(dao)热通路，填料(liao)(liao)(liao)与填料(liao)(liao)(liao)间的(de)(de)(de)热阻也逐渐(jian)减小，在宏观上表现为热导(dao)率的(de)(de)(de)上升。
但是，由于填料间缺乏(fa)直接接触或相互作(zuo)用，使得(de)声子传输(shu)通路(lu)不畅，阻(zu)碍了热导率的进一步提(ti)升。此(ci)外，填料(liao)(liao)含量的进一步提(ti)升也极(ji)大地(di)增加了填料(liao)(liao)-基体界面面积，而一些导热填料与基体的相容性差，两者之间缺乏导热通路，导致填料与基体间热阻的上升，影响导热性能。进一步地，相容性差还会导致填料的团聚，在基体中不容易分散，还会导致复合材料其他性能（如力学性能和绝缘性能等）的下降。
提高氮化硼填料导热的方式
在BN中，导热载体为声子，对于以BN作为导热填料的聚合物基材料，在根本上是由声子运动、传播以及散射所支配。对于BN本身来说，由于其结构比之聚合物相对规整，因此声子在BN晶体面内能够较快地传输，BN晶(jing)体尺寸越(yue)大、晶(jing)体缺陷越(yue)少，其热(re)导(dao)率就越(yue)高。此外，在填(tian)料与聚合(he)物基体的界面处(chu)，声子会发生散射，从而表(biao)现为填(tian)料-基体界面热阻。
BN晶(jing)体尺寸越大，缺陷越少(shao)
要实(shi)现聚合物复合材(cai)料的高导热性，一般(ban)除了开(kai)发新(xin)的高导热材料(liao)之(zhi)外，还可以从以下(xia)几个(ge)方面(mian)入手：① 通过(guo)适(shi)当的(de)方法使填料搭接起来，构筑完(wan)善(shan)的(de)导热通路(lu)；② 对(dui)填料或(huo)者基体(ti)进行修饰，减小(xiao)填料与基体(ti)间的(de)界面热阻，同(tong)时提
高填料在基体(ti)中的分散性(xing)。
因(yin)此，在聚合物基体中(zhong)构(gou)筑三维填(tian)料网络是(shi)一(yi)种思路，这种方法能高(gao)效地(di)构建导(dao)热通路，相比于(yu)随机分散填料体系，可以在低填料含(han)量下表现出更高(gao)的导(dao)热性能。
氮化硼填(tian)料的(de)三(san)维(wei)构筑方法
1. 杂化填料
不同填(tian)(tian)料的形(xing)状尺寸(cun)不同，混(hun)合后填(tian)(tian)料间(jian)的导热通(tong)路比单一(yi)填(tian)(tian)料更(geng)加丰富(fu)，从而更(geng)高效(xiao)地构建三(san)维导热网络。
使用杂化填料(liao)主要有以下优势：
①不同几何形(xing)状的(de)导热填料之(zhi)间存(cun)在协同效应(ying)，可使(shi)复合材料在低填料含量下实现(xian)更(geng)高的(de)热导率，同时(shi)还能很好地(di)保(bao)持聚(ju)合物基体的(de)本征优(you)势(shi)，例如(ru)优(you)异的(de)机械性能及加工特性；
②加(jia)入(ru)填料(liao)能(neng)够赋予复合材料(liao)其(qi)他的功能(neng)，例如阻燃性和疏水(shui)性等(deng)。
例如，纤(xian)维素纳米纤(xian)维(CNFs)具有可再生、来源丰富以及易制备为气凝胶的特点。此外，纤维素纳米纤维能够稳定无机填料，增强无机填料在聚合物基质中的分散性。因此，可将其与BN混合使用，作为导热复合材料的填料。
BN与纤(xian)维素纳(na)米纤(xian)维(CNFs)复合
2. 模板法
模板(ban)法一般以多孔(kong)材料为模板(ban)，在其上生(sheng)长或沉积BN，从而得到三维BN骨架。模板(ban)可采用金属泡沫(mo)、石墨(mo)烯泡沫(mo)、塑(su)料(liao)泡沫(mo)等(deng)。
模(mo)板法(fa)制备三维BN骨架
模板法所构筑的三维导热网(wang)络具有导热通路(lu)连贯、微(wei)观结构相对可控(kong)以及填料质量高的优点，但缺点是填(tian)料(liao)含量偏低。由于(yu)模板本身密度不高，在其上附着的(de) BN 含量也少。有研究利用(yong)压缩模板来提(ti)高填料含量的(de)方法(fa)，但(dan)该方法(fa)仍(reng)然很难将(jiang)填料含量提(ti)升(sheng)至50%以上，故而(er)对复合材料导热性能的(de)提(ti)升存(cun)在较大的(de)限制。
3. 自组装法
自组装法是在BN的溶液体系中，引入能使体系内分子产生相互作用(分子间吸引、排斥或形成化学键等)的条(tiao)件，使BN组装成3D网络的方法。
例(li)如，氧化(hua)石墨烯(xi)(GO)在水溶(rong)液中会呈现类似液晶(jing)相的排列，利用(yong)此性质(zhi)，将BN与GO一同(tong)经水热(re)反应后，可(ke)组装成氮化硼-还原氧化石墨烯(BN-rGO)三维网(wang)络。
BN-rGO三维结构复合材料
自组装法(fa)实现较模(mo)板法(fa)更为简(jian)便，且填料(liao)含量上限也比模(mo)板法(fa)要高(gao)，但(dan)这(zhei)种(zhong)方法(fa)会引(yin)入粘结剂或(huo)者(zhe)高(gao)导电(dian)性(xing)填料来辅(fu)助(zhu)其三维网(wang)络(luo)的(de)形(xing)成，这(zhei)些物质的(de)引(yin)入会造(zao)成导热通路的(de)不连贯或者绝缘性能的(de)下降。
4. 其他方法
采用静(jing)电纺丝及热(re)压(ya)等方法将(jiang)氮化(hua)(hua)硼与聚(ju)合物定(ding)向(xiang)堆叠相(xiang)互连接；通过溶液法制备(bei)三元复(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)，复(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)中分(fen)(fen)布三维分(fen)(fen)离网(wang)络，这(zhei)种制备(bei)方法简便、成(cheng)本低(di)，可大规模(mo)制备(bei)三维填料(liao)网(wang)络结(jie)构(gou)的(de)(de)复(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)，且具备(bei)良好的(de)(de)热稳定(ding)性；采用机械(xie)化(hua)(hua)学法，使(shi)填料(liao)与聚(ju)合物基体间(jian)形成(cheng)共价键(jian)，从而实现填料(liao)的(de)(de)均匀分(fen)(fen)散并降低(di)填料(liao)与基质间(jian)的(de)(de)界面热阻。
静(jing)电纺丝法制备的三维网络(luo)导热材料(liao)
总结
三维BN聚合物复合材料的高导热性及良好的绝缘性使得其能够应用于多种场合，包括太阳能光热发电和热界面材料等领域，有(you)着广(guang)阔的应用前景。
然而目前还存(cun)在以下问(wen)题：
（1）由于BN的化学惰性，BN在聚合物基体中容易发生团聚，因此分散性较差，如(ru)何(he)有效(xiao)改善(shan)填料与基体间的相(xiang)容性，进(jin)一步降低界面热(re)阻(zu)仍(reng)然(ran)值(zhi)得探索；
（2）杂化填料能够利用不同填料的协同效应来构建三维网络，提升导热性能的同时，不同的填料也能赋予复合材料更多性能（如阻燃性、热稳定性及疏水性等）。但也需要注意的是，不少填料本身具有强导电性（如石墨烯、炭黑等)，将BN与导电填料混合时，应考虑复合材料的电绝缘性；
（3）由模板法所构建的 BN 三维导热材料的填料含量难以提升；
（4）预先构建三维导热网络之后，需要采用真空浸渍法将聚合物基质灌入其中，若聚合物前驱体黏度过大，极易导致聚合物填充不完全，使复合材料中出现空泡，大大降低其导热性。因此，应合理选择聚合物基体，并不断优化复合材料的制备工艺。
总而(er)言之(zhi)，三(san)维BN导热填料是一个重点研究方向，但怎么解决其实际制备中的一些关键性问题，真正实现生产应用，仍需要结合下游应用需求进一步探索。
参考来源：
三维氮化硼结(jie)构及(ji)其导热绝缘聚合物纳米复合材料(liao)，姜文(wen)政、林瑛、江平开、黄兴溢（上海(hai)交(jiao)通大学上海(hai)市电(dian)气绝缘和热氧老化重(zhong)点实验室(shi)）。
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