揭秘氧化鋁導(dǎo)熱填料性能翻倍的秘訣！

在A(yíng)I數(shù)據(jù)大模型、新能源汽車(chē)、5G通訊等前沿領(lǐng)域，高效散熱已成為制約技術(shù)突破的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)聚合物材料（如硅膠、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、丙烯酸等）導(dǎo)熱系數(shù)僅0.1~0.3 W/(m·K)，難以滿(mǎn)足高功率密度場(chǎng)景需求，必須通過(guò)添加導(dǎo)熱填料實(shí)現(xiàn)性能躍升。

氧化鋁作為當(dāng)前性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)顯著的導(dǎo)熱填料，雖應(yīng)用廣泛，但在實(shí)際工程中仍面臨多重挑戰(zhàn)：填料團(tuán)聚、加工粘度過(guò)高、復(fù)合材料機(jī)械性能下降及界面熱阻等問(wèn)題。要突破這些技術(shù)瓶頸，表面改性是關(guān)鍵，其是氧化鋁實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性能的"關(guān)鍵鑰匙"。

當(dāng)前主流改性技術(shù)是化學(xué)改性，主要包括偶聯(lián)劑改性、酯化反應(yīng)改性和表面接枝改性三種技術(shù)路線(xiàn)。

• 偶聯(lián)劑改性技術(shù)：通過(guò)硅烷類(lèi)、鈦酸酯類(lèi)、鋁酸酯類(lèi)等偶聯(lián)劑分子橋接作用，在無(wú)機(jī)粉體表面形成有機(jī)包覆層。該技術(shù)可顯著降低粉體表面自由能，有效抑制團(tuán)聚現(xiàn)象，同時(shí)提升與有機(jī)基體的界面相容性。

• 酯化反應(yīng)改性技術(shù)：利用無(wú)機(jī)粉體表面羥基與改性劑中羧基/醇羥基的化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)分子在粉體表面的化學(xué)鍵合。這種表面極性調(diào)控手段可大幅改善粉體在聚合物基體中的分散性。

• 表面接枝改性技術(shù)：將表面預(yù)活化處理的無(wú)機(jī)粒子分散于單體溶液中，通過(guò)引發(fā)劑作用使單體在粒子表面進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、超支化聚合物等聚合物包覆層。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)-有機(jī)界面的分子級(jí)結(jié)合。

除了了解常用的改性方法外，還需要結(jié)合改性工藝去改性。依照表面改性的方法、設(shè)備和粉體的制備方法而異，目前工業(yè)上應(yīng)用的改性工藝主要有干法工藝、濕法工藝和干濕法一體化工藝。實(shí)際應(yīng)用得根據(jù)需求來(lái)選擇正確的改性方法以及工藝。通過(guò)表面改性，氧化鋁導(dǎo)熱填料可實(shí)現(xiàn)以下性能指標(biāo)的顯著提升：

1. 導(dǎo)熱系數(shù)提升：表面改性通過(guò)降低氧化鋁填料與聚合物基體之間的界面熱阻，促進(jìn)聲子（熱量載體）在界面處的傳導(dǎo)，從而構(gòu)建更高效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。例如：硅烷偶聯(lián)劑改性后，氧化鋁/樹(shù)脂復(fù)合材料熱導(dǎo)率從2.08 W/(m·K)提升至2.65 W/(m·K)，增幅達(dá)27.2%。采用粒徑復(fù)配（3μm+20μm）與表面改性協(xié)同作用，導(dǎo)熱凝膠熱導(dǎo)率從1.78 W/(m·K)飆升至2.69 W/(m·K)，提升幅度高達(dá)51.1%。

2. 界面熱阻降低：表面改性增強(qiáng)了氧化鋁填料與聚合物基體之間的界面結(jié)合力，減少了界面空隙，從而降低了熱量在界面處的傳遞阻力。實(shí)驗(yàn)表明，改性填料填充的環(huán)氧澆注件電氣強(qiáng)度提升24.63%，體積電阻率達(dá)到3.35×101? Ω·cm，間接證明了界面熱阻的降低。

3. 加工粘度下降，破解高填充量難題：表面改性?xún)?yōu)化了氧化鋁填料的分散性，減少了填料團(tuán)聚現(xiàn)象，從而降低了復(fù)合材料在加工過(guò)程中的粘度。硅烷偶聯(lián)劑改性使氧化鋁吸油值降低10%-30%，粉體在樹(shù)脂中的分散性顯著提升。

4. 機(jī)械性能提升，兼顧導(dǎo)熱與強(qiáng)度：表面改性增強(qiáng)了氧化鋁填料與聚合物基體之間的界面相互作用，避免了傳統(tǒng)填料導(dǎo)致的材料脆化問(wèn)題，從而提升了復(fù)合材料的機(jī)械性能。例如氧化鋁-石墨烯雜化填料改性后，環(huán)氧復(fù)合材料面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.67 W/(m·K)，較純環(huán)氧樹(shù)脂提升8.4倍，同時(shí)保持了優(yōu)異的力學(xué)性能，如彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等。

氧化鋁導(dǎo)熱填料表面改性是與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系的技術(shù)，其發(fā)展的推動(dòng)力來(lái)自于市場(chǎng)需求。隨著各領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮某掷m(xù)升級(jí)，氧化鋁導(dǎo)熱填料技術(shù)將正朝著復(fù)合化、功能化方向演進(jìn)。

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