中国粉体网讯 国家科技重大专项的产业化平台——深圳德邦界面材料有限公司的研究人员，在《高分子材料科学与工程》上发表的一篇论文表明：
复合材料热导率增强效率低主要源于其内部的界面热阻，复合材料内部的界面热阻一般由两部分组成：低填充量下，填料无规分布在聚合物基体中，形成海-岛结构，彼此之间的接触很少，此时填料和聚合物基体之间的界面热阻是影响复合材料热导率的关键因素；高填充量下，填料开始相互接触而形成导热通路，此时填料之间的界面热阻才是影响复合材料热导率的关键因素。
降低填料与聚合物基体之间的界面热阻一直是制备导热复合材料的研究热点，相关研究主要集中在填料的表面改性上，如接枝偶联剂，能降低无机填料的表面能，改善填料与聚合物基体之间的界面相容性，降低二者之间的接触热阻；或者包覆中间层，缓和填料与树脂基体之间模量的偏差，降低二者之间的边界热阻。
相比之下，通过降低填料之间界面热阻来提高复合材料热导率提高效率的报道则较少，迄今为止也未见相关的综述。深圳德邦的研究人员开创性地对降低填料之间界面热阻的相关研究做了综述。
填料之间界面热阻的影响因素
填料之间的接触热阻与二者之间的实际接触面积紧密相关。有研究表明，当填料的接触区域从几个原子增加到几平方纳米时，每单位接触面积的界面热传导会随着接触面积的增大而提高。原因在于随着接触面积的增加，每个原子在另一界面处有更多的邻近原子，这增加了声子的传输通道。
此外，填料之间的键接力也是影响界面热阻的重要因素。键接力一般分为4种，由弱到强分别为分子间作用力（范德华力）、氢键、共价键及金属键。键接强度的提高可以减少界面处声子或电子的散射，从而增强界面热传导。共价键和金属键键接的界面热传导明显要高于分子间作用力，尤其是金属键键接比分子间作用力要高1个数量级左右。
降低填料之间界面热阻的方法策略
增加填料之间的接触面积
研究人员使用了不同金属颗粒与碳纳米管协同填充来改善聚苯乙烯的热导率。结果表明，与使用铝或铜相比，使用银时复合材料的热导率要高得多。更高的热导率源于银颗粒本身的低模量和优异的延展性，当银颗粒与高黏度热塑性树脂混合成型时会发生变形，邻近的银颗粒之间可以形成面接触，热量可以通过接触面快速传输。
当研究人员使用银包覆镍颗粒作为导热填料，与表面未包覆银的镍颗粒相比时，发现在相同填充量下复合材料的热导率明显更高。镍颗粒的银外壳在压力作用下会发生变形，从而形成了更好的热接触；而表面未包覆银的镍颗粒，接触形式则以点接触为主，填料之间直接接触面积很小。
使用液态金属微滴作为导热填料时，在受到拉伸应力时液态金属微滴会发生变形并相互融合，形成连续的没有界面热阻的线状导热微通道。而且这些导热微通道一旦形成，即使在应力消失后，也会保持不变。这得益于这些线状导热微通道，使复合材料的热导率高达8.3 W/(m·K)。
考虑到球形填料之间单个接触点的实际面积很小，而接触点的数量又较少，研究人员通过水热法在球形氧化铝表面垂直生长了氧化锌纳米线。氧化铝表面的氧化锌纳米线可以显著增加临近填料之间的接触点，增加导热通路的数量，从而降低界面热阻。
提高填料之间的键接强度
研究人员将球形氧化铝高温烧结变为支化结构氧化铝，高长径比的支化结构氧化铝相较于球形氧化铝更容易相互接触形成导热通路，更重要的是，高温烧结过程中部分氧化铝由物理接触（范德华力作用）变为了共价键键接，使得导热通路中填料之间的界面热阻大幅降低。
研究人员还制备了一种新型的网络状氧化铝：首先通过射频感应等离子体法制备了氧化铝纳米球，再将氧化铝纳米球通过喷雾干燥和高温烧结工艺制备成为网络状微球。与氧化铝纳米球相比，氧化铝网络状微球具有多维连续性更好的长程声子传输通道。
制备陶瓷泡沫可以显著增强填料之间的键接强度，例如研究人员通过蛋白质发泡法结合高温烧结制备了氧化铝泡沫，然后抽滤得到了氧化铝泡沫/环氧树脂复合材料。无规分布氧化铝/环氧树脂复合材料中声子在界面处存在很强的散射，而氧化铝泡沫/环氧树脂复合材料中声子传输界面散射很小，声子平均自由程要高得多；此外，烧结过程中晶界的合并使得氧化铝之间的界面热阻大大降低（由物理接触变为共价键键接），因此氧化铝泡沫/环氧复合材料具有更高的热传导效率。
小结
深圳德邦的研究人员从增加填料之间的接触面积和提高填料之间的键接强度两方面对近年来降低填料之间界面热阻的研究进展做了综述，为高导热复合材料的设计和制备提供了重要的参考。
资料来源：万炜涛等：导热复合材料降低填料之间界面热阻研究进展，深圳德邦界面材料有限公司
（中国粉体网编辑整理/平安）
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