中國粉體網(wǎng)訊 消費電子在實現(xiàn)智能化的同時逐步向輕薄化、高性能和多功能方向發(fā)展，其工作耗能和發(fā)熱量急劇增大，工作溫度向高溫方向迅速變化。為了保證電子產(chǎn)品可靠工作，必須使用具有較高散熱能力和較高導(dǎo)熱性能的材料。
相較于電子技術(shù)高頻的迭代更新，導(dǎo)熱材料的發(fā)展處于較緩慢的狀態(tài)。氧化鋁是目前使用最廣泛的無機非金屬導(dǎo)熱填料，但是伴隨著大功率時代的到來，氧化鋁已不能滿足高導(dǎo)熱的實際需求。在常見的幾種無機非金屬填料中，導(dǎo)熱率遠高于氧化鋁，而又具有良好絕緣性的材料僅有氮化鋁和氮化硼。
幾種無機非金屬填料的性質(zhì)
氮化鋁、氮化硼的發(fā)現(xiàn)可以追溯到一百五十年前，由于優(yōu)異的導(dǎo)熱率和電絕緣性能，被認為是理想的導(dǎo)熱材料。然而，在一百多年的時間里，其實際應(yīng)用并沒有撼動氧化鋁在無機非金屬導(dǎo)熱填料中的主流地位。究其原因，除了成本較高之外，其分子結(jié)構(gòu)也影響了性能的發(fā)揮。想要充分利用氮化鋁和氮化硼就必須對其進行表面改性，那么，在大功率時代，這兩位導(dǎo)熱優(yōu)等生該怎么挑起高導(dǎo)熱的大旗呢？
（一）氮化鋁的表面改性策略
氮化鋁理論熱導(dǎo)率高達320W/（m·K），但其表面較為活潑，吸潮后會與水發(fā)生反應(yīng)，
水解產(chǎn)生的Al（OH）3會使導(dǎo)熱通路產(chǎn)生中斷，進而影響聲子的傳遞，做成制品后熱導(dǎo)率偏低。針對氮化鋁極易水解的特性，主流思路是為氮化鋁表面包裹上一層“雨衣”，從而解決吸潮水解問題。氮化鋁常用的表面改性的方法大致可以分為三類：熱處理法、無機酸（＋無機鹽）包裹法、有機酸（＋有機物）包裹法。
氮化鋁水解前后（圖源：應(yīng)用科技）
熱處理法是指經(jīng)過合適溫度的氧化處理后，氮化鋁粉體的表面形成了一層致密的氧化鋁薄膜，可以抑制氮化鋁粉體的水解。通過熱處理方法雖然一定程度可以改善氮化鋁粉體的抗水解性能，但需經(jīng)高溫處理。改性工藝較復(fù)雜，增加了熱處理成本，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，且熱處理后的產(chǎn)品中存在氧化鋁組分，對氮化鋁材料的某些性能會產(chǎn)生不利影響。
無機酸（＋無機鹽）包裹法是利用磷酸與表面活性劑（如磷酸二氫鋁）對氮化鋁粉體進行表面改性處理，不僅可以在氮化鋁粉體表面形成磷酸鹽保護層提高抗水解性能，還能改善氮化鋁粉體的分散性。這種改性方法成本低廉、改性效果好，是一種具有實用價值和應(yīng)用前景的處理方法。
有機酸（+有機物）包裹法是利用疏水有機物對氮化鋁粉體表面進行包裹，有機膜在氮化鋁表面形成了擴散阻擋層，使得水分子無法與氮化鋁粉體表面接觸，從而達到提高氮化鋁粉體抗水解性的目的。有機酸包裹法具有工藝簡單、耗時較短、改性效果明顯的特點。
（二）氮化硼的表面改性策略
氮化硼有白色石墨之稱，導(dǎo)熱系數(shù)很高，又具備很好的絕緣性，且不易水解，綜合性能優(yōu)異，但是其高化學(xué)穩(wěn)定性與化學(xué)惰性導(dǎo)致其表面缺乏活性，很難與聚合物基體結(jié)合，極易發(fā)生團聚現(xiàn)象，經(jīng)常需要添加大量氮化硼才可以提高導(dǎo)熱率，但大量的氮化硼會影響基體的粘度和加工能耗。因此為解決氮化硼團聚和結(jié)合力低的問題，需要對其進行物理或化學(xué)改性。
氮化鋁團聚形貌圖（圖源：高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合絕緣材料制備與綜合性能的研究）
物理改性方法可以分為物理雜化、物理包覆、場誘導(dǎo)取向、物理剝離等。物理雜化是指將不同成分和形貌的導(dǎo)熱填料雜化填充到基體中，填充多尺度填料有利于減少基體中的界面缺陷，形成更多的導(dǎo)熱通路。物理包覆是指利用結(jié)構(gòu)中含有與基體分子有相互作用的物質(zhì)對氮化硼進行非共價鍵包覆。物理剝離是指將氮化硼剝離成氮化硼納米片，提高其比表面積和徑厚比，從而提高聲子傳輸效率，有利于形成連續(xù)的高導(dǎo)熱網(wǎng)路。場誘導(dǎo)取向是借助外場實現(xiàn)氮化硼的取向排列，有利于沿取向方向形成高效的導(dǎo)熱通路。
化學(xué)方法分為功能化、偶聯(lián)劑修飾、活性劑修飾、化學(xué)接枝等。功能化是指為氮化硼接入羥基、醚鍵、胺基、烷基、鹵素和雜原子等基團，直接提高氮化硼在基體中的分散性。偶聯(lián)劑修飾是指將同時含有疏水基團和親水基團的偶聯(lián)劑用于氮化硼的表面處理，增強氮化硼與基體的化學(xué)結(jié)合，減少固化過程中缺陷產(chǎn)生的概率�；钚詣┬揎椫赣帽砻婊钚詣⿲Φ鸹蚬δ芑牡疬M行表面修飾，但該方法可能存在加工使用過程中表面活性劑遷移或析出導(dǎo)致的材料性能惡化問題。化學(xué)接枝是指將聚合物或低分子有機物通過化學(xué)反應(yīng)接枝到氮化硼表面，引入活性官能團，從而有效增強氮化硼與基體分子間的物理化學(xué)結(jié)合作用，但該方法往往會涉及較復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，耗時費力，實施過程中存在環(huán)境污染。
單純使用物理或化學(xué)方法改性氮化硼往往達不到穩(wěn)定的效果，具體的改性實踐中往往是將物理方法和化學(xué)方法結(jié)合起來使用，以充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢。
參考來源：
[1]何金秀等，氮化鋁粉體水解行為及其抗水解改性的研究進展
[2]張淮東等，用于導(dǎo)熱絕緣環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的氮化硼改性研究進展。
[3]高利達等，六方氮化硼-立方氮化硼/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備與熱物性能
[4]張曉星等，氮化硼納米片改性環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱與介電性能的研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）
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