在現代電子產品的輕量化發展趨勢下,導熱粉體的選擇和應用變得尤為重要。傳統的金屬填料由于在高溫下易氧化、CTE較高以及加入大量時密度增加等問題,其應用逐漸減少。因此,本文將重點介紹陶瓷和碳材料這兩種導熱粉體,以及導熱填料如何搭配,這些材料被廣泛應用于熱界面材料、導熱膠粘劑、導熱復合材料等領域,用以提高材料的導熱性能
陶瓷粉體因其良好的導熱系數和低導電性,廣泛應用于需要電絕緣的場合。其中,碳化硅和MXenes是常用的碳化物填料,具有高硬度、高導熱系數、耐高溫和化學穩定性等特點。例如,Yao等人通過冷凍鑄造方法制備了垂直排列的SiC納米線網絡,在低填充率下實現了高導熱系數。Guo等人則通過冷凍干燥法制備了3D MXenes泡沫,并將其與環氧樹脂復合,獲得了高導熱系數的復合材料。
氧化鋁和氮化硼也是常用的陶瓷填料,它們分別具有高的導熱系數、電絕緣性和低比重。例如,Wang等人通過熱壓法制備了納米球形氧化鋁與氮化硼納米片復合的材料,提高了材料的導熱性能。
碳材料作為另一類導熱粉體,因其輕質和優異的導熱性能而備受關注。金剛石、石墨烯、碳納米管和膨脹石墨等碳基材料在導熱性、導電性、耐溫性等方面表現出色。例如,Song等人制備了纖維素/納米金剛石復合材料,提高了材料的導熱性能。Zhao等人則通過添加炭黑到石墨烯泡沫中,制備了導熱性能顯著提升的復合材料。
碳纖維作為碳基填料,具有高軸向熱導率和低橫向熱導率的特點,適合用于提高聚合物的導熱性和力學性能。此外,金戈新材等供應商通過復合搭配、表面改性和干濕法一體化等技術,開發了高性能的導熱粉體,適用于多種聚合物體系。
總之,陶瓷和碳材料作為導熱粉體,具有各自的優勢和特點,適用于不同的應用場景。在選擇和使用導熱粉體時,需根據具體需求和應用條件進行綜合考慮。
在制造高分子材料時,為了增強其導熱性能,制造商通常會加入導熱填料。單一填料往往不能達到理想的導熱效果,因此通常會采用多種填料的組合,即所謂的“復配”策略。這導熱填料如何搭配,可獲得高導熱率為了提高高分子材料的導熱性能,生產廠商常常會采用復配的方式來加入導熱填料。復配方式主要有以下幾種:
1. 不同材料的混合:
將兩種或多種不同類型的導熱填料混合使用,以充分發揮各自的優勢。例如,結合碳化硅(SiC)的高導熱性和氧化鋁(Al2O3)的電絕緣性,可以在保持高導熱性的同時,提高材料的電絕緣性能。
2. 不同粒徑的混合:
混合不同粒徑的導熱填料,可以形成更有效的導熱網絡。小粒徑填料可以填充大粒徑填料之間的空隙,而大粒徑填料則可以提供更多的熱傳導路徑。例如,將納米級的碳化硅與微米級的碳化硅混合,可以提高材料的導熱性能。
3. 不同形狀的混合:
混合不同形狀的導熱填料,可以增加填料在基體中的接觸面積,從而提高導熱性能。例如,結合球形和纖維狀的碳納米管,可以形成更有效的熱傳導網絡。
在復配填料時,生產廠商需要考慮填料的化學性質、導熱性能、分散性、成本以及與基體的相容性等因素。通過優化復配比例和填料的分散性,可以制備出導熱性能更佳的高分子材料。這種方法不僅提高了材料的導熱性能,還保持了其原有的加工性能和機械性能。
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