導(dǎo)熱性能的影響因素

2024-11-27

影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的因素有聚合物的結(jié)構(gòu)，填料的種類(lèi)、形貌、粒徑、填充量以及填料和聚合物基體的相容性等。通常情況下，聚合物基體的固有熱導(dǎo)率都比較低(約為0.2 W·m-1·K-1)，因此，提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱率大多從填料的角度出發(fā)。

填料的種類(lèi)不同，導(dǎo)熱能力也不同。金屬填料主要通過(guò)電子導(dǎo)熱，固有熱導(dǎo)率較高，而非金屬填料主要依靠聲子進(jìn)行熱傳導(dǎo)，其熱能擴(kuò)散速率主要取決于鄰近原子或結(jié)合基團(tuán)的振動(dòng)，其固有導(dǎo)熱率較低。

導(dǎo)熱填料有球形、不規(guī)則形狀、纖維狀和片狀等各種形狀。與零維材料相比，具有超高長(zhǎng)徑比的一維材料(例如，碳納米管、碳纖維等)和二維材料(例如，石墨烯、六方氮化硼和片狀氧化鋁等)可以在填料與填料之間形成較大的接觸面積，為聲子的傳遞提供了更廣闊的通路，降低了界面接觸熱阻，有利于體系中導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。然而，由于球形填料在高填充時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致黏度的急劇增加，在工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。

填充量相同時(shí)，大粒徑填料填充的復(fù)合材料的導(dǎo)熱率比小粒徑填充的復(fù)合材料的導(dǎo)熱率高，這是因?yàn)榇箢w粒之間的界面接觸較少，界面熱阻較低。然而，粒徑也不能過(guò)大，否則，填料之間不能形成密堆積，不利于導(dǎo)熱通路的形成。目前，行業(yè)上多采用不同粒徑的填料搭配使用，以獲得較高的導(dǎo)熱率。

只有當(dāng)填料的添加量達(dá)到一定值時(shí)，顆粒之間才能相互接觸，形成導(dǎo)熱通路。然而，高填充量會(huì)導(dǎo)致成本增加、質(zhì)量增加和力學(xué)性能降低，這些都會(huì)降低電子設(shè)備使用性能。因此，我們需要研發(fā)高性能的復(fù)合材料，在低填充量的前提下，實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱，以滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。