中国粉体网讯 随着电子设备功率密度的提高，电子器件的电磁兼容和散热问题日趋严重，兼具双功能特性的导热吸波材料成为解决该问题的新趋势。
导热吸波双功能粉体的“死结”
虽然导热材料与吸波材料现已各自形成成熟的产业，并广泛应用于解决电子设备的散热以及电磁波吸收等领域，但是随着5G技术的发展，电子设备集成度更高、芯片功率更大、电磁辐射污染频率更复杂，而电子设备内部空间狭小，导热垫片已经占据了器件表面缝隙空间导致无法叠加使用吸波材料。因此，兼具高效导热与高性能电磁波吸收双功能的材料显得至关重要。
导热吸波材料的性能需求指标
目前，导热吸波双功能材料主要的研发思路是在高分子基体中同时加入导热填料（如氧化铝粉、氧化锌粉、氧化镁粉、铁粉、铜粉等）和吸波剂（如羰基铁粉、铁氧体、炭黑、石墨烯等）两类粉体以实现材料的导热吸波双功能。
导热吸波材料的性能主要通过添加功能粉体来实现，材料的功能特性主要是由功能粉体填料的性能决定。目前工业化生产的导热吸波材料基本是将两种以上单一功能粉体进行复配，实现双功能的复合，但是高分子基体材料中功能填料最多添加90％(质量分数)左右，且导热性能与吸波性能存在此消彼长的特点，单纯采用高导热陶瓷、磁性粉体进行复配已经接近于理论性能极限，难以进一步提升材料的导热吸波功能。目前市面上成熟的导热吸波材料导热系数均较低，大部分在３Ｗ/（ｍ·Ｋ）以内。
现在市场上已有的一些导热吸波产品如导热吸波贴片、导热吸波涂层等，通过对双功能粉体填料的配比、颗粒粒径大小及形貌的选用、以及界面改性和成型工艺等多因素的调控，设计制备了兼具导热与吸波双功能的复合材料，并且性能较好，可以满足市面上一些产品的需求，但总体上还是导热和吸波材料的简单混合，对导热和吸波性能都进行了较大程度的妥协。因此，有研究结论认为：微波吸收和导热两种性能从本质上来说是相互矛盾且对立的，通过简单共混的方式难以同时获得两种优异的性能。
此外，由于需要在基体材料中(一般为高分子聚合物)对2种不同类型的功能材料进行高填充，导致复合材料成型困难或成型后力学性能大幅下降而无法实际应用。
在以往的研究中，虽然也有开发出兼具导热、吸波功能的粉体材料(如碳纤维、改性氮化铝、炭黑等)的相关报道，但尚未见使用单一功能填料真正实现高分子基体材料导热、吸波性能共同提升的报道，且由于这类新型粉体材料大多数均需要纳米尺度的掺杂、修饰、改性，合成方法复杂、工艺重复性差，无法保证产品性能稳定，严重限制着这些新材料在导热吸波领域的工业化应用。
导热吸波材料经过多年的研究，迫切需要新型可规模化制备的双功能增强粉体，通过单一粉体实现材料电磁波吸收功能和热传导能力的同步提升，解决生产中需要进行复合填料的筛选以及成分配比调控等问题，为制备新型导热吸波材料提供性能优异的功能粉体原料。
导热吸波双功能粉体的探索方向
为了满足高精尖电子设备对导热吸波材料的性能要求，以链状高分子材料(硅橡胶)为应用对象，开发真正意义上兼具导热、吸波双功能的粉体填料，突破原有性能指标上限，从根本上解决目前制约导热吸波材料性能提升的瓶颈问题具有重要意义。
探索方向一：新型石墨烯导热吸波材料
作为二维sp2键杂化的单层碳原子晶体，石墨烯的低维结构可显著削减晶界处声子的边界散射，具有独特的二维周期蜂窝状点阵结构，结构单元中所存在的稳定碳六元环赋予其优异的热性能，被认为是优秀的导热材料。
此外，通过对石墨烯粉体进行表面修饰(引入磁性粉体颗粒如钡铁氧体、镍锌铁氧体等)，进而将其添加在基底材料中改善材料整体的阻抗匹配特性，提升电磁波吸收性能，有望研发出新型石墨烯导热吸波材料。这将成为导热吸波材料领域未来重要研究方向之一。
探索方向二：预骨架型导热吸波复合材料
预构骨架法是指先在基体中构架三维纳米多孔网络骨架结构，形成基体与填料的互穿网络结构。由于高导热介电多孔网络骨架完全连续，声子的平均自由程极长，能快速通过导热骨架结构传输热量，具有极高的热导率；同时，三维骨架结构较高的比表面积和材料本身较高的介电损耗，可以使电磁波发生多重反射效应并被损耗。在此基础上，将强电磁波吸收剂如羰基铁粉、铁硅铝粉等分散到这些三维网络结构材料中，既可以保证导热剂的高连续、又使得吸波剂能在其中分散均匀，发挥出最大作用，制备出性能优异的导热吸波复合材料。
柔性三维网络结构的h-BN泡沫板
但现阶段制备此类三维网络结构的导热吸波复合材料所用工艺都较为复杂，例如3D打印、冰模板法、CVD气相沉积法等，且多孔网络结构严重限制了大比表面积磁性吸收剂的填入，难以获得足够的磁损耗，其厚度也难以降低。与传统双功能粉体填料导热吸波复合材料制备方法相比，无法实现大规模连续生产，离工业化应用还有一段距离。
探索方向三：核壳型导热吸波粉体填料
核壳结构粒子可以同时具备核芯和壳层材料的功能特性，获得优异于单组分材料的多种性能，并依靠特殊的内部结构实现更强的性能。例如：在磁性吸收剂表面包覆薄层绝缘导热壳层后，基体中具有较高体积填充率的核壳粒子相互接触，高导热壳层形成连续导热网络，有利于获得相对较高的热导率，同时内部吸收剂粒子被绝缘导热填料和高分子相互隔离，有效抑制了涡流效应，改善材料的阻抗匹配特性，获得了更优异的微波吸收性能。因此，核壳型填充粒子在导热吸波领域被认为具有极为光明的前景。
参考来源：
[1]导热吸波材料的研究进展及未来发展方向，贾琨等，电磁防护材料及技术山西省重点实验室，中国电子科技集团公司第33研究所
[2]导热吸波材料研究进展，王孟奇等，武汉理工大学，材料复合新技术国家重点实验室
[3]高性能导热吸波复合材料的制备，万炜涛等，深圳德邦界面材料有限公司
[4]复合粉体制备导热吸波材料及其表征，邹海仲等，深圳德邦界面材料有限公司
[5]高填充导热吸波复合材料的制备及其性能研究，崔正明，武汉理工大学
（中国粉体网编辑整理/平安）
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