隨著電子封裝技術的快速發展，電子元件不斷縮小，集成度越來越商，工作頻率卻急劇增加，電子設備產生的熱量集聚導致器件溫度升高，從而使工作穩定性降低。因此，電子電器用材料要求具有較高的導熱性能，以便達到降溫的目的。目前，絕緣散熱的器件多利用高導熱陶瓷如氮化鋁、氮化硼等制造，由于陶瓷產品加工難度高、易破裂，人們開始尋求容易加工、耐沖擊性能好的絕緣導熱高分子復合材料。

    但幾乎所有高分子材料在具有輕質高強、易加工、絕緣性好的同時，還具有導熱率低的特點。要使高分子材料具有較好的導熱性，就必須改變其結構或成分。而要從根本上改變高分子材料的結構，使其同時具有導熱和絕緣的特性，現階段的技術還比較困難。因此，高分子復合材料的導熱，通常都是將高導熱的無機填料填充到聚合物中來實現。

1  主要研究成果

1.1  絕緣導熱橡膠

    導熱橡膠代替普通高分子用于電器元件，既能為電器元件提供可靠的散熱途徑，又能起到絕緣、減震的作用。據資料表明，電器元件的溫度每升高2℃，可靠性下降10%。50℃時的壽命只有25℃時的1/6，可見導熱橡膠對于航空電子設備的小型化、密集化，以及提高其精度和壽命很關鍵。另據報道，SEBS的甲苯溶液與BN或Al203混合后，經干燥可制得高導熱性高絕緣性能的彈性體材料，當SEBS、BN、甲苯的質量比為2：7.5：7時，該材料的導熱系數高達6.4 W/(m．K)，可用于電子儀器基金項目：陜西省科技統籌創新工程計劃項目(2011KTDZ01 -03 -06)。

    周文英等以硅橡膠為膠料，Al203為導熱填料，電子級玻璃布為增強材料，采用雙滾筒混煉機混煉橡膠、Al203以及過氧化物固化劑來制備膠料，然后用汽油溶解膠料，再將玻璃布浸膠、干燥處理后，采用平板硫化機硫化工藝成型復合材料樣品。所制得復合材料以120%的Al203，填充量為{zj0}，此時熱導率為0.92 W/(m．K)、電絕緣和力學性能優良，能滿足絕緣導熱場合對熱界面導熱硅橡膠復合材料得需要。

    Hatsuo研究了BN/PB導熱性及力學性能。研究表明，BN的高導熱性和A階PB樹臘的低粘度，使BN易于被濕潤及混合，因而可實現較大量填充，BN的質量分數為88%時，體系導熱系數為32.5 W/(m．K)。

1.2絕緣導熱熱固性樹脂

    熱固性樹脂由于熱變形溫度普遍比熱塑性樹脂高，而且其最常用的熱壓和澆注成型工藝適合于無機填料的大量填充。因此，熱固性樹脂成為人們研究絕緣導熱塑料的{sx}，并取得了許多重要的研究成果。

    據報道，將酚醛粉末與煅燒高嶺土經混合、雙輥煉塑機捏合、傳遞模塑等工藝過程可制備出沖擊強度、彎曲強度、導熱性能兼顧的酚醛塑料，當二者質量比為1：1.5時，其導熱系數為0.88 W，(m．K)，沖擊強度為l1.2 kJm2，彎曲強度為109 MPa。另外將不飽和聚酯、固化劑、玻璃纖維、AIN粉末、Mg0,CaC03、硅烷偶聯劑等按照一定比例混合，制得的復合材料導熱系數為1.13 W/(m．K)，可用于制造電器設備和儀器的外殼。

   而獲得如此高得導熱率得原因有兩點：一是雙酚A甲胺化的聚苯并惡嗪的A階黏度非常低，而BN表面有伯胺、仲胺、羥基等官能團，這些都使得兩者有很好得界面結合，利于填料和基體得充分混合：二是體系采用了兩種尺寸BN，使BN容易進行大量填充。

    謝曙輝等把AIN與單體l，2，4，5-苯四酸酐(PMDA)、二胺基二苯醚(ODA)進行混合，采用原位聚合法來制備聚酰亞胺復合材料。研究結果表明，聚酰亞胺的熱導率由不含AIN時的0.22 W/(m．K)增加到AIN體積填充分數為32.78%時的0.8 W，(m．K)．研究還發現偶聯劑對復合材料的熱導率有輕微的影響，過量的偶聯劑會造成聲子散射而影響熱導率。王嘉駿等，則把AIN與單體丙二醛(MDA)、均苯四甲酸二乙酯(BTDE)進行混合，用原位聚合法來制備聚酰亞胺復合材料。研究結果表明，AIN的{zd0}體積填充分數可以達到80%，此時復合材料熱導率為4.38 W/(m．K)。

    金鴻等研究了環氧樹脂，氧化鋅晶須／氮化硼復合材料的導熱性能。以環氧樹脂為基體，分別以氧化鋅晶須、氧化鋅晶須，氮化硼為5：1的混合物為導熱填料，采用溶液共混法制備環氧樹脂復合材料。研究結果表明，當填科體積分數為15%時，EP/ZnOw/BN復合材料的熱導率為1.06 W，(m．K)高于EP，ZnOw復合材料的熱導率0.98 W/(m．K)。

徐任信等研究了短切碳纖維對AIN，環氧樹脂復合材料絕緣導熱性能的影響。研究結果表明，在AIN體積百分含量為50%的AIN/環氧樹脂復合材料中，當短切碳纖維體積含量由0變化到1.8%時，復合材料的熱導率由1.14 W，(m．K)提高到1.45 W/(m．K)：彎曲強度和模量分別提高了14%和13%。

1.3絕緣導熱熱塑性樹脂

    熱塑性樹脂具有加工性好、成型周期短、效益高等突出的優點，開發出加工性好、綜合性能優異的熱塑性樹脂基絕緣導熱復合材料，一直都是科研人員追求的目標。目前，熱塑性樹脂基絕緣導熱復合材料的研究取得許多重要的研究成果，許多研究思路為人們深入研究奠定了基礎，比如基體填料協同作用、主輔二元填充等。

    覃碧勛等采用雙螺桿擠出機將聚苯硫醚( PPs)與Mg0、玻璃纖維( CF)按照一定的比例混合擠出造粒，制各了玻纖增強PPS/Mg0復合材料。研究結果表明，復合材料的熱導率在Mg0含量為60%-65%時出現躍遷，由Mg0含量60%時的0.812W/ (m．K)增加到Mg0含量65%時的1.463 W，(m．K>：而CF的加入，除增加復合材料的強度和韌性外，還可以促進復合材料熱導率的提高，在Mg0含量為60%的體系中加入10%的玻纖，熱導率由0. 812 W，(m．K)增加到1.302 W，(m．K)：但單純的玻纖替代Mg0，復合材料的導熱性會下降．比如PPS：Mg0：GF為30：60：10時復合材料的熱導率為1.302 W/(m．K)，而PPS：Mg0：GF為30：50：20時復合材料的熱導率降低到0. 756 W/ (m．K)。

    王麗研究了PP導熱絕緣復合材料的性能。分別采用Al203、SiC/Bi0、Al2 03 /Bi0混合物以及SiC/Bi0混合物以30%一50%的質量百分比填充PP，PP的熱導率由0.119 W，(m．K)提高到0.425 -0.595 W/(m．K)不等。其中，SiC含量為40%和SiC/Bi0混合物含量為40%時，PP復合材料的熱導率{zg}，分合材料的熱導率與AJN的填充量、PS糧子的大小、溫度等量有關。Ps粒子的尺寸為2 mm時復合材料的熱導率大予粒子尺寸為0.15 mm的熱導率。當Ps粒子的尺寸為2 mm，AIN的填充量為20%時復合材料的熱導率約為PS熱導率的5倍，達到0.7W/(m．K)。

    Ceon - Woong Lee等研究了PE導熱絕緣復合材料的導熱性能。采用的填料有粒徑為4μm的AIN（A- 100）、粒徑為20-25μm的AIN（A- 500）、BN、AIN，針狀硅灰石混合物以及AIN/SiC晶須混合物。其中AIN為球形，熱導率為150一220W，(m．K)：BN為片狀，熱導率為29 W，(m．K)。研究結果表明，AIN體積含量為60%時，AIN (A - 100)填充復合材料的熱導率是2.01 W／(m．K)，AIN(A-500)是2.42 W，(m．K)：BN體積含量為50%時，復合材料的熱導率為3.66 W／(m．K)。這些數據說明了幾個問題：一是粒徑大的填料能夠形成厚的導熱通路，復合材料的熱導率更高：二是BN的表面功能基團與聚合物有更好的相互作用，相對于AIN更容易形成導熱網鏈，使得BN填充聚乙烯的熱導率大于AIN，而且逾滲點低于AIN。研究還發現，使用復含填料AJN/SiC晶須或AIN，針狀硅灰石，比使用單一填料效果要好，原因可能是SiC和硅灰石作為輔助填料，有助于主填料形成導電網絡。但當填料分數高于臨界填充分數時，主填料本身已經形成導熱網絡，輔助填料得作用便降低了。

2  基本研究思路

    研究材料的導熱性能首要任務是弄清楚材料的導熱機理：固體材料內部導熱載體包括電子、聲子、光子3種。金屬晶體因存在大量自由電子而使其熱導率很高。晶體導熱是通過排列整齊的晶粒振動來實現的，通常用聲子概念來描述。非金屬材料中，由于晶體的微粒遠程有序性比非晶體大得多，放其導熱性也較好，比如結晶型聚合物HDPE的導熱系數就遠比非晶聚合物高。而對于非晶聚合物而言，因其聲子自由程度很小，故熱導率極低。

    從材料導熱的機理來看，導熱高分子材料有兩種制備途徑：

{dy}種是制備具有良好導熱結構的高分子材料，如具有共軛結構的聚乙炔、聚苯胺等。這些材料能夠利用電子傳遞機制導熱，導熱性能較好，但同時也具有導電性。也可以提高聚合物結構規整度，利用聲子導熱機制導熱，如Choy.C．L等室溫條件將HDPE平行拉伸25倍時，平行于分子鏈方向的熱導率高達13.4W，(m．K)：第二種是向聚合物基體申填充導熱組分來制備導熱絕緣高分子復合材料，常用的填料有AIN、SiC、Be0、Al203、Ni0、Ca0、BN等。當無機物的填充量達到某個臨界值后，無機填料相互接觸，形成導熱通道，從而使高分子基復合材料具有很好的導熱性。填充法簡單，易于工業化生產，是目前導熱絕緣高分子材料研究的主要方向。

   要在聚合物基體中形成導熱通道，就要增大顆粒間的接觸，實現的方法有：一是增大填料的體積含量，或將不同粒徑的填料進行匹配，以增加填料間的相互接觸。該方法需要的填料體積含量非常高，會降低復合材料的力學性能和加工性能：二是改變填料的形態，如用纖維狀填料代替顆粒狀填料，方便導熱通道的形成舊。這種方法的不足是復合材料中的填料分散不均勻，難以提高填料的體積含量，同時纖維狀填料的成本比較高：三是將少量導熱性能優異的導電纖維引入顆粒型絕緣導熱復合材料中，既可以有效提高復合材料的熱導率，又能保證材料力學性能。

耐化學性能和絕緣性能。在這個方面，徐任信等嘲進行了短切碳纖維對AIN/環氧樹脂復合材料絕緣導熱性能影響的研究，并取得了突出的研究成果。

    絕緣導熱復合材料的制備工藝主要有溶液共混、粉末直接共混-熔融共混、熔融粉體納米復合技術以及插層復合技術等9由于只有當無機填料的填充量非常高時，復合材料基體內部才會形成導熱通道，因此，絕緣導熱復合材料的成型通常都是采用熱壓或澆鑄工藝，但也有報道稱所制備的熱塑性樹脂基絕緣導熱材料可采用注塑成型工藝。

3結語

    經過多年的研究，絕緣導熱高分子材料的研究成果顯著。研究報道中，復合材料的熱導率相對于高分子基體己經有了很大的提高，但是填料的高填充量影響了復合材料的機械性能和加工性，不利于絕緣導熱高分子復合材料在實際生產中的應用。因此在提高高分子復合材料絕緣導熱性能的同時，材料的機械性能、加工性也是一個急需深入研究的問題。