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熱性能的材料。
相較于電子技術(shù)高頻的迭代更新，導熱材料的發(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熱的實際需求。在常見的幾種無機非金屬填料中，導熱率遠高于氧化鋁，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)異的導熱率和電絕緣性能，被認為是理想的導熱材料。然而，在一百多年的時間里，其實際應用并沒有撼動氧化鋁在無機非金屬導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，這兩位導熱優(yōu)等生該怎么挑起高導熱的大旗呢？
（一）氮化鋁的表面改性策略
氮化鋁理論熱導率高達320W/（m·K），但其表面較為活潑，吸潮后會與水發(fā)生反應，
水解產(chǎn)生的Al（OH）3會使導熱通路產(chǎn)生中斷，進而影響聲子的傳遞，做成制品后熱導率偏低。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，但是其高化學穩(wěn)定性與化學惰性導致其表面缺乏活性，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改性。
氮化鋁團聚形貌圖（圖源：高導熱硅橡膠復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、場誘導取向、物理剝離等。物理雜化是指將不同成分和形貌的導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)的高導熱網(wǎng)路。場誘導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熱通路。
化學方法分為功能化、偶聯(lián)劑修飾、活性劑修飾、化學接枝等。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結(jié)合，減少固化過程中缺陷產(chǎn)生的概率。活性劑修飾指用表面活性劑對氮化硼或功能化的氮化硼進行表面修飾，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致的材料性能惡化問題。化學接枝是指將聚合物或低分子有機物通過化學反應接枝到氮化硼表面，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結(jié)合作用，但該方法往往會涉及較復雜的化學反應過程，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，用于導熱絕緣環(huán)氧樹脂復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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