氧化鋁無(wú)機(jī)填料：影響熱傳導(dǎo)行為的界面因素

文章出處：常見(jiàn)問(wèn)題責(zé)任編輯：東莞東超新材料科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2025-04-15

　　界面?zhèn)鳠嵝逝c界面結(jié)合狀態(tài)密切相關(guān)。研究表明，當(dāng)界面相的物理特性發(fā)生變化時(shí)，其等效熱導(dǎo)率可跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)，這種變化幅度幾乎等同于整個(gè)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的可調(diào)控范圍，充分說(shuō)明界面特性對(duì)宏觀熱傳導(dǎo)行為的決定性作用。復(fù)合材料的傳熱性能本質(zhì)上受微觀界面結(jié)構(gòu)的制約，任何界面層面的調(diào)整均會(huì)引起材料整體導(dǎo)熱特性的改變。

1、界面數(shù)量與形態(tài)特征
  ?界面數(shù)量直接影響聲子的散射頻率。隨著填料表面積的增加，異相接觸界面數(shù)量顯著增多，形成更多聲子傳輸屏障，從而抑制熱量傳遞。粒徑調(diào)控是改變界面數(shù)量的關(guān)鍵手段：大粒徑填料由于比表面積較小，形成的界面數(shù)量相對(duì)較少，有利于降低聲子散射概率；而小粒徑填料雖然能提升分散均勻性，但過(guò)高的界面密度反而可能加劇聲子散射效應(yīng)。當(dāng)粒徑減小到特定臨界值時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可能反而低于基體材料。值得注意的是，大尺寸單晶填料因晶界缺陷少、聲子散射弱，已成為優(yōu)化導(dǎo)熱路徑的重要研究方向。

  ?對(duì)于界面厚度的作用，學(xué)界尚未形成統(tǒng)一結(jié)論。部分研究認(rèn)為較厚的界面層為高頻聲子提供散射空間，從而增大界面熱阻；而超薄界面由于缺乏散射條件，可能降低熱阻。這種爭(zhēng)議性表明界面厚度與導(dǎo)熱性能的關(guān)系需結(jié)合具體材料體系深入分析。

2、界面相容性與結(jié)合強(qiáng)度
  ?在由無(wú)機(jī)填料與有機(jī)基體構(gòu)成的復(fù)合體系中，界面相容性差異會(huì)引發(fā)三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：首先，填料團(tuán)聚導(dǎo)致導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)；其次，基體對(duì)填料的潤(rùn)濕性不足形成界面空隙；最后，熱膨脹系數(shù)失配引發(fā)溫度循環(huán)下的界面剝離。這些問(wèn)題均會(huì)顯著增加界面熱阻，形成熱量傳遞的瓶頸。

東超新材料通過(guò)表面改性可有效改善界面結(jié)合狀態(tài)：一方面利用偶聯(lián)劑構(gòu)建化學(xué)鍵合橋接，另一方面通過(guò)聚合物包覆增強(qiáng)物理錨定作用。例如，采用聚硅氧烷修飾氮化硼填料后，其與硅橡膠基體的浸潤(rùn)性顯著提升，界面處聲子傳輸效率提高，使復(fù)合材料導(dǎo)熱性能成倍增強(qiáng)。等離子體處理等先進(jìn)改性技術(shù)還可精確調(diào)控界面層的化學(xué)組成與形貌特征。

3、器件接觸界面特性
  ?作為熱界面材料使用時(shí)，復(fù)合材料與散熱部件的接觸狀態(tài)直接影響實(shí)際散熱效果。工程應(yīng)用中存在兩類(lèi)典型界面問(wèn)題：一是微觀尺度下接觸表面的粗糙度導(dǎo)致有效接觸面積降低；二是裝配壓力、材料壓縮彈性等宏觀因素影響界面緊密程度。通過(guò)提升部件表面光潔度、優(yōu)化裝配工藝、選擇適度軟化的界面材料，可有效降低接觸熱阻。例如，增大夾緊壓力可使界面空隙率降低，而具有自適應(yīng)形變能力的凝膠材料能更好地填充微觀不平整區(qū)域。

  ?實(shí)現(xiàn)高效熱管理需要多維度協(xié)同設(shè)計(jì)：在微觀層面，通過(guò)粒徑級(jí)配與表面改性構(gòu)建低阻界面；在介觀層面，利用取向排列技術(shù)形成連續(xù)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；在宏觀層面，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)控接觸界面狀態(tài)。這種跨尺度協(xié)同創(chuàng)新已成為突破現(xiàn)有導(dǎo)熱材料性能瓶頸的重要方向。

??參考資料：粉體圈

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