导热复配填料粉的热导率研究

中国粉体网讯  导热填料是一种添加到聚合物基体材料中以提高复合材料导热性能的填充材料，常见的导热填料主要包括金属类填料、碳材料类填料以及陶瓷填料。

图源：浙江能鹏半导体材料有限责任公司

导热填料的机理主要通过形成导热通道、增强声子传递和电子传导实现热量高效传输。

导热路径形成。填料在聚合物基体中形成连续的导热通道，热流通过这些通道传输，绕过基体的高热阻区域。当填料含量较低时，它们随机分布难以形成有效通路；随着填料增加，相互接触形成链或网络结构，显著提升热导率。

声子传导强化。非金属材料（如碳化硅、氮化铝）通过晶格振动（声子）传递热量。填料的导热系数越高，声子传递效率越高，复合材料热导率提升更明显。

电子传导协同。部分导热填料（如铜、银）通过自由电子传导热量。这类填料不仅能增强声子传导，还可能形成电子-声子协同导热效应，进一步提升效率。

填料设计优化是开发高导热聚合物基复合材料的重要方向，填料的种类、形状、尺寸均可以影响其在基体中导热网络的形成。

（1）填料尺寸

填料的不同尺寸分布会对材料的导热性能有一定的影响。使用大小颗粒混合堆积能够提高材料的热导率，这是因为小颗粒能够进入大颗粒无法占据的空间，存在于大颗粒之间的间隙中，与大颗粒或小颗粒形成更紧密的堆积，这样填料之间可以形成更多的有效接触，导热网络更密集，材料的导热性能可以有效提高。

（2）填料形状

填料的形状对其在基体中的分布状况、力学性能等都具有一定的影响。分散在高分子基体中的导热填料有粒状、片状、纤维状等形态。粒状填料具有最高的理论堆积密度，可以增加填料之间的接触点，使制备的材料拥有良好导热性能；片状填料一般具有较高的比表面积，分布在聚合物基体中更容易形成声子导热通道，有利于导热性能的提高；对于纤维状填料而言，填料的取向分布和长径比对热导率有较大影响，具有高纵横比的填料可以在聚合物基体中形成更多的连续热传导通路，从而有效地提高导热性。

（3）填料种类

虽然单一填料可以形成导热网络，但是单一的填料往往难以在基体中完全分散，仍存在一些空隙。因缺陷、界面等因素引起的声子散射和填充量过高导致的加工困难，使得单一填料很难让复合材料达到理论热导率。通过将不同形状、尺寸、类型的导热填料进行复配后，复合填料不仅可以有效减少聚合物基体中的空隙，构建完整的导热通路，还可以改善填料在聚合物基体中的分散性，为导热复合材料的设计提供了多种可能性。

（a）单一填料；（b）不同尺寸的混合填料的导热路径

2026年1月28日，中国粉体网将在广东•东莞举办“第三届高导热材料与应用技术大会暨导热填料技术研讨会”。届时，浙江能鹏半导体材料有限责任公司研发工程师徐子杨将出席本次大会并作题为《导热复配填料粉的热导率研究》的报告。报告将系统分析导热复配填料粉的热传导机制、材料体系和性能优化策略。

个人简介

徐子杨，深耕高导热材料领域5年，专注于导热填料选型优化、界面热阻控制及散热方案落地，聚焦新能源汽车、5G通信设备等核心应用场景。主导过多款高导热复合体系开发，攻克氮化硼、氮化铝、金刚石填料复配、表面改性等关键技术。

参考来源：

刘科科等：高分子复合材料用导热填料研究进展

焦天明：热界面材料的连续导热路径的设计、构筑及性能研究

（中国粉体网编辑整理/石语）

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