导热高分子材料的研究与应用

导热高分子材料的研究与应用

张正金1  王旭东2

1.江苏联冠兆星石化科技有限公司    223100

；2.常州公路运输集团有限公司      213000

摘要：导热高分子材料在电子技术领域有着广泛应用，随着材料科学研发力度的不断提升加大，导热高分子材料的质量性能得到了显著提升与全面改善，能够更好地应用至到微型电子设备中，提高电子设备的散热效率，避免电子设备在长时间高温运行过程中出现性能失效等故障问题。本文从导热高分子材料的主要类型出发，分析了其导热机理以及决定其导热性的影响因素，提出了导热高分子材料的具体应用领域以及提升其应用效果的主要措施，以供相关从业者参考。

关键词：导热高分子材料；研究；应用

引言：

在科学技术水平的飞速提升以及不断增强的生产力支持下，电子技术领域得以不断拓宽，拥有了更为广阔的发展前景。电子设备散热问题作为电子技术领域的主要难题之一，也逐渐获取了更多的解决方式。其中，导热高分子材料能够借助特殊晶体排列方式的振动作用达到极佳的导热效果，解决了金属与非晶体导热材料的缺陷问题，能够有效应用于微型电子设备中，延长电子元件的使用寿命，是现阶段重点研发的材料种类之一。下面将对导热高分子材料的导热机理与应用范围展开介绍。

一、导热高分子材料的研究

（一）导热高分子材料的主要类型

现阶段的导热高分子材料主要类型包括以下几种：

其一为导热塑料，通常以树脂作为基体材料，使用金属氧化物与金属氮化物作为填充材料。其中，选择金属氧化物进行填充时，可以使用氧化铝或碳酸铝作为填充材料，能够有效提升材料的导热性。其次，还可以选择金属粉末来进行填充，使之与聚乙烯、聚丙烯材料混合，制备成具优异导热性能的高分子材料，也可通过石墨与碳纤维填充材料的加入在提高高分子材料导热性能的同时，使其结构更加稳定，从而扩大导热高分子材料的应用范围。在导热塑料生产制备过程中，填充物数量越多，其导热性能也越好，技术人员需要结合材料的导热能力以及其他结构性能合理控制填充物含量。

其二为导热橡胶，有结构型与填充型两种，在现阶段导热高分子材料研究领域多以填充型橡胶为主要研究对象，通过在橡胶材料中添加氧化铝材料来提升橡胶的导热性能，技术人员需要严格控制氧化铝粉末的粒径以及填充数量，将橡胶材料的导热能力控制在合理水平。

其三为导热胶合剂，在绝缘性能上存在差异，可以将碳纤维掺入至高分子材料中，或对填充物进行固化处理，从而有效增强胶合剂的导热性能，能够广泛应用与半导体研发领域以及密封技术与热绝缘工艺中[1]。

（二）导热高分子材料的导热机理

当同一物质的温度分布不均衡时，高温部位会通过电子、光子或声子向低温部位传导热量，直至该物质各部位处于同一温度水平。在这一热传导过程中，物质材料性能的不同会使热传导速率出现明显差异。其中，金属晶体主要通过电子运动来传导热量，非金属晶体则主要通过晶体振动来传导热量。在判断非晶体材料的导热能力时，通常会将非晶体材料视为晶体粒较小的晶体材料，根据声子的运动情况进行衡量评估。由于金属晶体内部含有大量自由电子，能够大大提升热量的传导速率，表现出优异的导热性能，而非晶体材料内部声子含量较少，无法与晶体材料的导热性能相匹敌。高分子材料属于非晶体物质，导热能力水平较低，为提升其导热性能，通常会选择在材料中掺入金属与非金属晶体等物质，利用其自由电子与声子等微观粒子作用实现导热速率的有效提升。高分子材料的导热性能与其填充材料的种类、数量、粒径以及排布方式有着密切关系，需要使填充物以及复合物的传导部分与热量流动方向相平行，才能使材料的导热速度保持在最高水平，并对填充物的数量与粒径进行合理控制，避免填充物含量过高而对高分子材料的强度性能下降[2]。现阶段的导热材料研究领域多关注低等与中等填充状况下的高分材料导热性能，高等填充状态下的导热高分子材料还有着较大的研究开发空间，需要加强重视与探索。

（三）导热高分子材料的影响因素

温度是影响导热高分子材料导热性能的重要因素之一，大多数材料的导热能力会与温度成正比，还有部分材料的导热性能与温度关系曲线较为复杂，变化规律会出现明显差异。如非晶聚合物的导热性能会随着温度升高出现先上升后下降的情况，在导热性能到达最高峰值之前，温度上升对其导热性能的影响会越来越不明显。其次，拉伸取向对材料导热性能有着重要影响，当拉伸非晶聚合物时，其内部玻璃聚合物与弹性体物质的分子链拉伸取向增加，导热性能会随之下降。此外，导热高分子材料的分子结构也会影响其导热性能，当支链数量增多时，其导热性能会快速下降，另外，导热能力还与高分子材料的交联程度成反比，会受辐射剂量、流体压力等因素的影响而出现一定差异。

二、导热高分子材料的应用

（一）导热高分子材料的应用范围

导热高分子材料在现阶段较多生产活动领域发挥着重要作用。其中，石墨导热材料能够取代碳钢与不锈钢材料投入到换热器设备的生产制造运行过程中，在保障较高导热能力的同时，有效解决碳钢与不锈钢材料易腐蚀的问题。其中，石墨还能够有效提升导热材料的理化稳定性，延长换热器设备的使用寿命，在化工、医药、食品等产业领域有着广泛应用。其次，绝缘型导热胶合剂能够有效应用于电子技术领域，负责粘合半导体管，提高管壳的密封质量，为管心提供可靠的保护作用。导热胶合剂还可以应用于整流器以及热敏电阻等电子元件的密封处理工作中，既能有效发挥导热能力，还具有较强的绝缘性，保障电子设备的运行安全。现阶段常见的导热胶合剂主要分为两种类型

，：无机型通常会选取鳞片状石墨或硅酸盐进行制备，能够使材料具备优良的导热能力，并适应不同温度环境。；有机型胶合剂所选择的石墨填充物则为高纯度结晶体，需要加入其他试剂对材料整体性能进行优化，有着较高的力学强度与稳定性，能够起到防水效果，所需工艺成本也相对较低[3]。

（二）导热高分子材料的应用效果提升策略

为使导热高分子材料的导热性能进一步提高，并有效运用于不同产业领域的生产活动中，就需要通过合理的优化策略提升其应用效果与应用价值。首先，需要合理选择导热高分子材料的基体物质，通常以塑料、橡胶等材料作为基体能够达到良好的导热效果。其次，需要对填充物质进行预处理，使用偶联剂等化学试剂改善填充料表面的理化性质，促进基体材料与填充材料之间的融合，以此提高导热高分子材料的导热能力。此外，还需要提升导热高分子材料的生产工艺水平，严格把控基体、填充物、助燃剂的加入顺序以及加入量，控制填充物粒径均匀、尺寸适中，设定合理温度与压力值，使填充料微粒处于正确的排布方式状态下，让传导部位与导热方向保持平行，从而有效提升高分子材料的导热能力，并在控制填充料数量与粒径时将高分子材料的力学强度、粘性等其他性能均纳入考虑[4]。

三、结语

导热高分子材料所展现出的优异导热性能有效解决了其他导热材料产生的各类缺陷问题，帮助微型电子设备以更高效的方式进行散热，避免电子设备局部过热而缩短其使用寿命，给使用者带来安全隐患。在导热高分子材料研发力度不断加强的背景下，材料的导热性能与质量安全得以持续提升，不仅在电子技术领域推广应用，还在化工、医药、食品等产业开始引入使用。为拓展导热高分子材料的应用领域，提升其应用价值，研究人员需要对其基体材料与填充材料进行优化改进，提升生产工艺水平，促进导热高分子材料更好的未来发展。

参考文献：

[1]杨菊香,杨莹,贾园,刘振.导热高分子材料的制备及其应用研究进展[J].高分子通报,2021(08):1-8.

[2]谢婵,彭富忠.导热高分子材料的研究与应用分析[J].低碳世界,2019,9(12):268-269.

[3]许佳敏.导热高分子材料的研究与应用[J].化工设计通讯,2019,45(02):72.

[4]邱小胖.导热高分子材料的应用与研究探讨[J].科技风,2018(04):67.