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導熱粉體提升導熱界面材料性能:降低界面熱阻的關鍵策略

文章出處:行業動態 責任編輯:東莞東超新材料科技有限公司 發表時間:2024-06-01
  ??       ?導熱界面材料是熱傳導的關鍵,它們幫助熱量順暢地流動。導熱系數和熱阻是衡量這些材料性能的兩個重要指標。導熱系數越高,材料傳導熱量的能力越強,熱量損失越少。而熱阻則是材料阻止熱量通過的能力,它是提升導熱性能的障礙。因此,要想提高導熱界面材料的傳熱性能,不僅要關注導熱系數,還要關注如何降低熱阻。
??那么,如何降低導熱材料界面的熱阻呢?
??       ?導熱界面材料通常由有機基體和無機填料組成。熱阻的產生主要是因為兩個固體表面之間的界面層作用力較弱,聲子振動頻率不匹配,導致聲子散射,從而增加熱阻。根據界面不同,界面熱阻可以分為三類:填料與填料間界面熱阻、填料與基體之間的界面熱阻、熱界面材料與器件之間的界面熱阻。
對于填料與填料間的界面熱阻,我們可以采取以下措施來降低:

??       ?1. 增加填料添加量:隨著填料比例的增加,填料間距減小,當達到一定比例時,填料相互接觸、堆疊,形成導熱通路,從而降低界面熱阻。但要注意,過量的填料可能會破壞導熱網絡,反而增加熱阻,并影響材料的加工性能和機械性能。

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??       ?2. 定向排列:對于一維或二維導熱填料,如碳纖維、片狀六方氮化硼,可以利用力場、磁場、電場或冰模板法等方法誘導形成高度取向有序結構,增大填料間有效接觸面積,降低界面熱阻。

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??       ?3. 顆粒級配:將不同尺寸或形貌的導熱粒子填充進聚合物基體中,可以產生協同增強效應,連接分離的顆粒,增加聲子傳導界面,降低填料間的界面熱阻。

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??       ?在雜化填料的研究中,由于不同填料間界面親和力和聲子譜不匹配,會導致聲子散射。因此,需要對填料表面進行處理,形成更強的界面結合。目前,共價鍵改性是一種有效的方法,共價鍵的結合力比氫鍵和范德華力更強,可以減小粉體間界面熱阻,提升導熱性能。

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??       ?此外,由于無機填料與聚合物基體難以浸潤,未處理的填料與基體連接不緊密,會產生氣孔和間隙,增加界面熱阻。表面改性是一種有效的方式,可以改變填料表面張力,減少團聚,改善填料與基體的親和程度,減少內部缺陷,降低界面熱阻。目前,最廣泛應用的表面改性方法是通過對填料進行表面化學修飾,利用有機單體、有機低聚物、表面活性劑、偶聯劑等表面處理劑在粉體顆粒表面的吸附、反應、包覆或包膜來實現。




參考來源:

紀超. 導熱復合材料中多組分填料的協同作用的研究[D].深圳大學.
張榮,劉卓航,熊文偉等.氮化硼/聚合物導熱復合材料界面熱阻調控研究進展[J].材料導報.
粉體圈:導熱界面材料性能提升的攔路虎:界面熱阻該如何降低?


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