填料表面改性技术破解导热材料性能瓶颈的“金钥匙”
导热界面材料通常是向聚合物基体添加高导热填料制备成的一种聚合物复合材料，大多数的聚合物复合材料的热导率较低，导热性能的提高主要依赖于导热填料。 多功能集成也是导热填料技术发展的必然趋势。在现代电子设备中，如智能手机、笔记本电脑等，不仅需要材料具备良好的导热性能，还需要具备绝缘、电磁屏蔽等多种特性。为了满足这些需求，研究人员可通过将导热填料与绝缘材料、电磁屏蔽材料等进行复合，可以实现多种功能的集成。 在尖端电子设备与能源系统的热管理领域，传统有机散热材料已显现出明显性能局限。当采用无机填料增强方案时，材料体系内部却频繁产生多尺度结构缺陷——分散不均的填料形成热传导屏障，界面处的能量损耗持续加剧，甚至出现功能性组分分离失效。为何必须对填料实施"表面改性技术工程"？ 无机填料与有机基体间的本征属性差异构成了根本性矛盾。以典型无机填料为例，其表面化学特性与聚合物网络存在显著错配，这种不相容性不仅诱发填料聚集形成热阻区，更会在两相界面产生大量微观缺陷，导致热能传递路径的中断。解决办法：导热填料表面改性 导热填料的表面改性是制备高导热复合材料的关键一步。导热填料的表面改性不仅能改善其在聚合物基体中的分散性，减少自身的团聚现象，还能增强填料粒子与聚合物基体之间的作用力，增强导热填料与基体的界面相容性，减少界面上的空隙，减小二者之间的界面散射热阻，进而提高复合材料的导热与其他性能。 很多表面改性剂已被用于改性填料表面以减少界面热阻，包括表面活性剂、偶联剂、有机硅烷和钛酸盐、功能聚合物和无机涂料等。
硅烷偶联剂是常用于表面处理的方法之一。不同硅烷偶联剂对无机颗粒进行表面修饰可以有效地在无机颗粒表面引入不同基团，如环氧基，氨基等。引入的基团与聚合物基体间发生共价结合，使得无机颗粒与基体间有较为平滑的接触界面，大大降低了界面接触热阻，从而提高复合材料的热导率。需要注意的是，引入不同的基团对其热导率的改善效果也不尽相同，这是因为不同基团对不同基体的结合程度不同。 表面接枝改性是指将表面接有活性基团的无机粒子分散至引发单体中，然后经引发剂作用，单体在无机粒子表面聚合形成包覆层。表面接枝的聚合物有聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、超支化聚合物等。同样地，对无机颗粒进行表面接枝，在其表面引入终端基团同样可以起到相同的效果。 除对导热填料进行表面修饰提高界面相容性外。还可以通过在填料周围包裹其他材料来提高整个复合体系的导热性能。该种方法往往形成一个核-壳结构，在内部的高导热粒子特性与包裹层性质的同时影响下，使复合材料具有更加优异的物理化学性能。 东超新材导热填料的研究正从单一性能优化向多功能复合化、绿色化方向迈进。随着纳米技术和制备工艺的突破，导热材料将在5G通信、新能源汽车等领域发挥更关键作用。
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参考资料：粉体圈
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