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为什么需要导热凝胶？
伴随新能源、消费电子、通讯等行业的飞速发展，电子元器件的使用也越来越多，特别是在新能源汽车、5G 手机等电子电器之中，这些设备在使用过程之中散发热量比较大，出于对电子器件安全性以及稳定性的考虑，需要采用一些方式对其进行降温，热界面材料应运而生。
热界面材料主要是由导热填料与高分子材料组成，可置于电子器件之间填补空隙，实现对于电子器件的有效散热，主要包括: 导热硅脂、相变材料、导热垫片和导热凝胶。
无热界面材料填充VS有热界面材料填充
不同热界面材料的优缺点
其中，导热凝胶作为一种凝胶状的导热材料，因其使用便捷且高效而备受关注。这种材料可以通过点胶机轻松挤出，不受电子器件形状和大小的限制，能有效填充发热器件和散热器件之间的微小间隙，达到给器件降温的目的。此外，导热凝胶可以在室温下硫化，或者利用芯片散发的热量进行工作中的硫化，这也使得导热凝胶有着较低的渗油率，从而保证其在使用过程中保持更稳定的性能。
导热凝胶的组成
导热凝胶根据基体材料分为硅系和非硅系两类。硅系导热凝胶由基础硅油、交联剂、扩链剂和导热填料等组成，非硅系导热凝胶一般由树脂和导热填料组成。
导热填料的加入是实现导热凝胶高导热的必要条件，填料种类、含量、尺寸和形状对导热凝胶的热导率有较大影响，此外填料的结构、空间排列以及取向也对导热凝胶的热导率有一定影响。
导热填料形成传热路径示意
在填料含量较小时，填料颗粒与基体之间形成海岛结构，填料颗粒像岛屿一样分布在基体中，很难相互接触和重叠，无法形成有效的传热路径，导致复合材料的热导率较小；随着导热填料含量的增大，填料颗粒之间相互接触和重叠，在基体中逐渐建立起连续的传热路径，从而明显改善复合材料的导热性能。
基体材料
硅系导热凝胶
硅系导热凝胶由基础硅油、交联剂、扩链剂和导热填料等组成，目前用于导热凝胶的基础硅油主要有二甲基硅油、乙基硅油、羟基硅油、含氢硅油、长链烷烃基硅油、氟硅油及各种有机基改性硅油。
在导热凝胶的制备中，通过调整基础硅油的相对分子质量、反应基团数量和位置可以改善导热凝胶的力学性能、涂敷性能、渗油性能、绝缘性能等 。
非硅系导热凝胶
非硅系的导热凝胶往往以聚丙烯酸（PAA）、聚氨酯、聚烯烃等树脂体系为基础，其特点是易生成相对坚硬的弹性体。
填料
导热填料主要包括金属填料、陶瓷填料、碳基材料等，它们通常被认为是高导热复合材料的理想候选材料。但由于金属填料中某些金属易被氧化且对凝胶的塑性有一定影响，在实际使用中综合考虑导热性要求，常采用陶瓷材料、碳基材料作为导热填料。
陶瓷材料
陶瓷材料如Al2O3、AlN、碳化硅、氮化硅、氧化镁和氮化硼（BN）等具有良好的导热性能、较小的介电常数和较大的电阻率等优点而被广泛应用于填料中。
碳基材料
碳基材料如石墨、石墨烯和碳纳米管等因其低密度和高导热性，已广泛应用于导热填料。石墨烯以多种形式存在，包括氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯和石墨烯纳米片（GN）。碳纳米管具有单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的形态。碳基材料的理论热导率远远大于陶瓷材料，但由于碳基材料的固有缺陷，即分散性差和接触热阻高，加入碳基材料的导热凝胶的热导率仍然难以超过10 W·m-1·K-1 。
导热凝胶的应用
目前导热凝胶已在LED灯具、通信设备、5G基站和汽车电子等领域中被广泛应用，如针对手机电子元件热管理，导热凝胶可以替代传统的导热垫片，均匀地涂覆在芯片的封装表面，具有成本低、室温下或电子元件发热时固化从而提高接触面积的特点。
在航空电子设备中的应用
相对于导热硅脂、导热胶和导热垫片等传统介质材料，导热硅凝胶作为新型热界面材料在高低温性能测试、坠撞安全测试、持续震动试验等多项针对性测试中都取得了更好的试验结果，可以应用于航空电子产品的生产。
在5G电子设备中的应用
导热硅凝胶材料既可增进热能的传导效应，又能实现热能的传导。与传统的导热材料相比，将新型导热硅凝胶材料使用在电子元件的应用之中，能够有效地提升信号的传播效率，也能促进新型导热硅凝胶材料的高质量应用。
在动力电池上的应用
动力电池绝大部分都采用锂离子电芯，具有能量密度高和使用寿命长等优势，但也存在较大的安全隐患。当遇到水分侵入、短路、过载、外壳破损和温度过高等情形时，锂电池有发生燃烧、甚至爆炸的风险，这也为锂离子电池的安全使用带来了挑战。在电动汽车正常行驶过程中，锂电池可能承受的冲击包括持续振动、大幅温度变化、雨水浸泡等，而在电池故障及交通意外条件下（如撞击、坠河），可能承受的冲击还包括局部短路、过载、强机械冲击、水或其他液体浸泡、火灾等。
因此，在复杂甚至意外环境下维持锂电池的安全运行，保护电动车内驾乘人员的安全，是各方都追求的目标。导热硅凝胶能起到防水密封、阻燃密封、散热以及减震固定的作用，则能够大大提升动力电池组的安全性能。
参考来源
[1]陈维斌.导热硅凝胶的研究与应用进展
[2]缪小冬等.导热凝胶的研究进展
（中国粉体网编辑整理/山川）
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