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《绝缘材料》年第3期

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研究背景

随着电子器件不断向着轻薄化、集成化、高频化的方向发展，其在高频下工作时单位体积产生的热量会大幅增加，累积的热量会严重影响电子器件的运行可靠性，成为限制电子器件工作寿命的关键因素。开发高导热绝缘材料对改善电子器件与电力设备的热管理能力、提高其工作寿命以及运行可靠性具有重要意义。

环氧树脂（EP）因具有优异的电绝缘性能、良好的热稳定性、易于加工、成本低等优点而被广泛应用于电子封装、电子线路板、发光二极管、气体绝缘管道等领域。然而，纯环氧树脂的热导率仅为0.17～0.23W/(m·K)，如此低的热导率难以满足现阶段高集成度、高功率密度及高频电子器件的散热要求。因此，在保持电绝缘性能的基础上提高环氧树脂材料的导热能力就显得尤为重要。

当前主要采用两种方法来提高环氧树脂的导热性能：一是基于分子结构调控环氧树脂导热性能的本征改性研究；二是基于无机高导热填料掺杂的环氧树脂导热性能改性研究。两种方法各具特点，但相比之下后者制备工艺相对简单、成本较低、可控性强、导热效果提升显著，并且可根据工程应用的不同需求灵活调整填料的填充量，适合工业化的生产。本文从聚合物导热机理出发，围绕现阶段不同维度的无机导热填料对环氧树脂材料导热性能的改善情况进行综述。

　　　　　　　　填充型聚合物导热机理

导热通路模型在填充型导热聚合物材料导热性能的机理研究中被广泛采用，图1为填充型导热聚合物材料的导热性能改性示意图。

▲图1填充型导热聚合物的导热性能改性示意图

不同维度填料改性环氧树脂

针对填充型导热环氧树脂的改性主要有以下几种途径：①采用直接共混等方法在环氧树脂基体中添加高导热无机填料，通过相应的工艺制备成高导热环氧树脂，进而提高环氧树脂材料的热导率；②制备环氧树脂/纳米无机填料复合材料，利用纳米材料独特的光、电、磁等特性来制备高导热环氧树脂，改善环氧树脂的物理性能、化学性能、生物性能，实现环氧树脂的高性能化；③采用化学途径，对导热填料进行表面功能化，改善有机/无机界面的相容性以及填料颗粒在环氧树脂基体中的分散性，进而提高环氧树脂材料的热导率；④利用电场、磁场等外力对环氧树脂基体中的各向异性填料进行定向，提高复合材料在某一方向上的热导率；⑤利用不同维度的导热填料，在复合材料内部构建二维或三维的填料空间结构，进而加强导热网络，制备多维度高导热环氧树脂复合材料。

填充型导热环氧树脂常用的填料按照几何维度大致可分为：①零维纳米填料，如氧化铝（Al2O3）、氮化硼纳米颗粒（BNNP）等；②一维填料，如碳纤维（CF）、碳纳米管（CNTs）等；③二维填料，如氮化硼纳米片（BNNS）、石墨烯纳米片（GNPs）、黏土等；④三维填料，如三维石墨烯、三维氮化硼等。除此之外，利用不同维度填料之间的协同作用可以制备出性能优异的复合填料，从而有效提高复合材料的热导率。在填充的过程中，填料的填充量、表面形貌、粒径、表面处理、制备方法等因素对环氧树脂基复合材料的导热性能具有显著影响。表1~4总结了零维填料、一维填料、二维填料、三维填料/环氧树脂复合材料的热导率及电学参数。

▼表1零维填料/环氧树脂复合材料的热导率及电学参数

▼表2一维填料/环氧树脂复合材料的热导率及体积电阻率

▼表3二维填料/环氧树脂复合材料的热导率及电学参数

▼表4三维填料/环氧树脂复合材料的热导率及电学参数

　　　　　　　　结束语

首先，对于零维填料颗粒来说，填料的表面功能化加强了填料与环氧树脂基体之间的分散性以及界面结合作用，改善了导热性能；调控零维填料粒径、填料复配填充对复合材料的导热性能都有改善作用。对于一维填料，表面功能化和定向处理等加工因素都会对复合材料的导热性能有所影响。二维填料与一维填料相类似，同样具有高度取向性和各向异性特点。一维或二维填料的取向分布处理、填料尺寸、表面平整度等因素都直接影响着环氧树脂复合材料的热导率。相比其他维度的导热填料，三维填料或者是在环氧树脂基体内合成的三维骨架结构能够为声子传输提供高速通道，极大地改善热量的传输效率，在热导率提升上显示出巨大优势。三维填料的制备方法、加工参数等都会对环氧树脂复合材料的热导率产生影响。不同维度填料相比之下，构筑三维导热网络能够使环氧树脂的热导率得到更大幅度的提高，在较低填充量下实现高导热。但是从工程应用的角度来说，目前环氧树脂基体中三维导热网络所采用的制备工艺（如冰模板法、自组装法、凝胶注模法等）相对复杂，难以实现大规模的生产，在工业化的进程中还存在很多问题和挑战。另外，在提升环氧树脂导热性能的同时，更应

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