?熱界面材料（TIMs）是電子設(shè)備散熱的關(guān)鍵組成部分，常被用于填充發(fā)熱器件與散熱器之間的縫隙，通過(guò)增加兩者之間接觸面的有效面積來(lái)提升熱傳輸性能，使得熱量能夠快速散失，最終實(shí)現(xiàn)高效的熱管理。不過(guò)隨著人工智能、5G等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于TIMs的散熱要求也越來(lái)越高，設(shè)計(jì)高性能指標(biāo)的TIMs正在成為研究熱點(diǎn)之一。
TIMs主要分為碳基、金屬基、陶瓷基、聚合物基四大類，其中聚合物基TIMs因其材料量輕，成本低以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，普遍存在于各種工業(yè)應(yīng)用中。不過(guò)由于聚合物基體通常表現(xiàn)出更低的熱傳導(dǎo)，因此要設(shè)計(jì)高性能指標(biāo)的TIMs就得通過(guò)降低基體和填料之間的界面熱阻或利用填料構(gòu)建有效的導(dǎo)熱路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
一、降低基體和填料之間的界面熱阻
聚合物基體與無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料之間往往存在著極性差異，即使在高填充量的情況下，也難以實(shí)現(xiàn)完全接觸，因此填料與基體兩相界面之間往往存在著較大的界面熱阻。為了降低兩者之間的界面熱阻，可從對(duì)填料的改性，提升兩者相容性入手。
1、共價(jià)鍵改性
共價(jià)鍵改性時(shí)通過(guò)在導(dǎo)熱填料表面引入特定的化學(xué)基團(tuán)，如氨基（-NH?）、羧基（-COOH）、硅烷基（-Si(OH)?）等，使得其能夠與聚合物基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵，顯著改善填料與基體之間的界面相容性，從而降低界面熱阻并增強(qiáng)復(fù)合材料的整體熱導(dǎo)率。目前常用的共價(jià)鍵改性方法有硅烷偶聯(lián)劑法等。
硅烷偶聯(lián)劑法：
硅烷偶聯(lián)劑是最具代表性的偶聯(lián)劑，它對(duì)表面具有羥基的無(wú)機(jī)粒子最有效，它既具有能夠與有機(jī)聚合物反應(yīng)或相容的功能基團(tuán)（如氨基、環(huán)氧基、乙烯基等），也具有可水解的硅烷基團(tuán)，在水環(huán)境下，硅烷基團(tuán)發(fā)生水解生成硅醇（Si-OH），隨后硅醇與無(wú)機(jī)填料表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成共價(jià)鍵，而有機(jī)功能基團(tuán)則可以與聚合物基體發(fā)生物理纏結(jié)或化學(xué)交聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)填料與聚合物基體之間的相容性和界面結(jié)合力的提升，降低界面熱阻。
2、非共價(jià)鍵改性
非共價(jià)鍵改性主要依賴于靜電相互作用、π-π相互作用、范德華力和氫鍵等物理相互作用來(lái)增強(qiáng)填料與聚合物基體之間的界面結(jié)合力，從而改善填料在聚合物中的分散性，減少界面熱阻并提高導(dǎo)熱性能。由于不涉及化學(xué)反應(yīng)，這種方法不會(huì)破壞填料本身的結(jié)構(gòu)，能夠保持填料的固有性能，不過(guò)非共價(jià)鍵相互作用相對(duì)較弱，改性效果一般不如共價(jià)鍵改性。
二、構(gòu)建有效導(dǎo)熱路徑
導(dǎo)熱填料復(fù)配
單一類型的導(dǎo)熱填料往往難以達(dá)到理想的填充效果，而通過(guò)復(fù)配不同粒徑、形狀的填料，可以有效提高填料在基體中的填充效率和堆積密度，從而實(shí)現(xiàn)填料之間更好的連接并增加界面之間聲子傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)，比如利用大尺寸填料和小尺寸填料復(fù)配，可以使小顆粒填充大顆粒之間的空隙，從而形成更加致密的結(jié)構(gòu)，減少空氣間隙，增強(qiáng)導(dǎo)熱通路。而利用球形與纖維狀、片狀等一、二維導(dǎo)熱填料復(fù)配，則可以在三維空間內(nèi)更容易形成導(dǎo)熱橋接，從而顯著提高整體導(dǎo)熱性能。

一般來(lái)說(shuō)，除了可以利用顆粒相同類型但形狀和尺寸不同的填料按一定比例復(fù)配，也可利用種類、尺寸、形貌均不同的填料來(lái)進(jìn)行復(fù)配，不僅可以提高填充率，也能夠產(chǎn)生協(xié)同增強(qiáng)作用，實(shí)現(xiàn)聚合物基TIMs的高熱導(dǎo)率，但這也將形成更多的填料/填料和填料/基體界面，從而產(chǎn)生較高的界面熱阻。

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來(lái)源：粉體圈