高導熱關鍵點！ 導熱聚合物材料矽酮膠的核心方法論

目前，導熱矽酮膠的導熱改質研究以填充改質為主，導熱填料最終的導熱能力取決於填料顆粒的大小、形狀和表面特性，填料的種類以及填料的導熱性隨溫度、濕度和壓力 的變化等因素。 提高導熱矽酮膠的導熱性能主要透過以下幾種途徑。

導熱填料粒徑數量級的減少有利於導熱矽酮膠導熱性能和物理機械性能的提高，採用奈米級氧化鋁填料填充的導熱矽酮膠的綜合性能明顯超過採用微米級氧化鋁填料填充的導熱矽 酮膠。 因此，對導熱填料進行超細微化有利於導熱矽酮膠導熱性能的提升。

有學者透過研究發現：將無機填料的粒徑尺寸進行超細微化，填料粒子內原子間距和結構會發生巨大變化;當粒徑尺寸達到奈米級後，填料的某些性質甚至會發生質變。 尤其是對於某些共價鍵型的材料而言，當其粒徑尺寸被超細微化後，就會變成金屬鍵型材料，其導熱性能也就隨之急劇升高。

例如，日本協和化學工業公司透過對氧化鎂材料進行超細微化處理，開發出了高純度細微氧化鎂，這種氧化鎂材料的導熱係數超過了50W/m·K，相當於氧化鋁的3倍 ，氧化矽4倍。 一些資料顯示：常規氮化鋁的導熱係數比較低，僅能達到36W/m·K，而進行了超細微化的奈米級氮化鋁的導熱係數卻猛增數倍，達到了驚人的320W/ m·K。

二、導熱填料高取向化

導熱填料粒子間形成的導熱網鏈的取向對材料的導熱性能有很大影響，提高導熱矽酮膠導熱性能的關鍵就是在其係統內部最大程度的形成取向與熱流方向一致的導熱網鏈。 因此，導熱填料的高取向化也是提高導熱矽酮膠導熱性能的關鍵途徑。

浮動普通氮化矽的導熱性能一般比較低，原因就在於其燒結結構是無規則的取向。 若是在氮化矽原料粉體中加入直徑為1微米，長度為3～4微米的晶種粒子，使這些晶種粒子取向發生排列，便可形成具有高取向結構的纖維狀的高導熱性氮 化矽。 這種氮化矽的導熱係數因纖維狀結構的形成而呈現出各向異性，透過實驗測得其在結構取向上導熱係數是普通氮化矽的3倍，達到了驚人的120W/m·K 。 

複合材料內填料的定向排列

三、導熱填料表面改質提升導熱矽酮膠性能

導熱填料粒子間形成的導熱網鏈的取向對材料的導熱性能有很大影響，提高導熱矽酮膠導熱性能的關鍵就是在其係統內部最大程度的形成取向與熱流方向一致的導熱網鏈。 因此，導熱填料的高取向化也是提高導熱矽酮膠導熱性能的關鍵途徑。

浮動普通氮化矽的導熱性能一般比較低，原因就在於其燒結結構是無規則的取向。 若是在氮化矽原料粉體中加入直徑為1微米，長度為3～4微米的晶種粒子，使這些晶種粒子取向發生排列，便可形成具有高取向結構的纖維狀的高導熱性氮 化矽。 這種氮化矽的導熱係數因纖維狀結構的形成而呈現出各向異性，透過實驗測得其在結構取向上導熱係數是普通氮化矽的3倍，達到了驚人的120W/m·K 。 

四、優化導熱填料混合填充

通过混合使用不同种类、粒径、形状的导热填料，并按照适当的比例混合填充到硅酮胶中，可以有效提高导热硅酮胶的导热性能。

实验结果表明，当混合填充硅酮胶时，使用粒径为0.5微米、3微米和20微米的氧化铝，并按照配比10：30：15混合填充时，导热性能明显优于单一粒径氧化铝填充的硅酮胶。此外，将具有不同体积分数和粒径的球形氧化铝与非球形氧化铝混合填充到硅酮胶中，可以增加填料堆积密度并保持基体的流动性，从而显著提高导热硅酮胶的导热性能，并控制硬度在较低范围内。

由不同形狀、大小和縱橫比的填料填充的系統

五、優化加工工藝

導熱矽酮膠的加工製程對其導熱性能起著重要作用。 不同的加工方法會導致填料與基體的複合方式不同，進而影響導熱性能。

常見的加工方法是使用溶液混合法製備矽酮膠。 這種方法將填料懸浮在溶劑中，與矽酮膠進行混合。 實驗證明，以溶液混合法製備的導熱矽酮膠導熱性能明顯優於直接混煉法所製備的矽酮膠。 這是因為溶液混合法能夠實現更均勻的填料分散，使填料與基體之間的接觸更緊密，從而提高了導熱性能。

此外，在加工過程中，填料和助劑的加料順序也對導熱矽酮膠的導熱性能產生重要影響。 研究發現，如果先將矽酮膠與較小粒徑的氧化鋁混合，然後再與較大粒徑的氧化鋁混合，而製得的導熱矽酮膠具有較好的導熱性能。 這是因為先混合較小粒徑的填料可以填充矽酮膠的微觀空隙，提高熱傳導效率，而後混合較大粒徑的填料可以增加導熱路徑，進一步提高導熱性能。 相反，將矽酮膠與全部氧化鋁同時混合製備的導熱矽酮膠導熱性能較差，可能是因為較大粒徑的填料會阻礙較小粒徑填料與基體的接觸。

因此，在導熱矽酮膠的加工過程中，選擇合適的加工方法，控制好填料和助劑的加料順序，能夠最大程度地提高導熱性能。

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