綜述了近年來應用于電氣電子行業的高導熱環氧樹脂介電復合材料研究進展，介紹了導熱機理和導熱模型，討論了填料種類、粒徑、形貌、顆粒復配及體系空隙、界面等影響因素對材料導熱性能和介電性能的影響，并展望了高導熱環氧樹脂介電復合材料的發展方向。
通常來說，高壓電器應用如開關柜、變壓器、旋轉電機、GIS等需要材料熱導率為lW/m．K；而用于高密度集成絕緣電子裝置，如封裝系統中的熱界面材料等需要熱導率為10W/m．K。可廣泛應用于上述電絕緣材料，但其熱導率大約在0. 2W/m．K。提高環氧樹脂熱導率有兩種方法，一種法為合成具有高度結晶性或取向度的本體環氧樹脂，如Takczawa等報道的含有介晶結構的環氧樹脂；另一種為在環氧樹脂中引入高導熱絕緣填料，制備填充型復合材料獲得高導熱性能。本體環氧樹脂制備工藝繁瑣，成本高，目前制備高導熱環氧介電復合材料主要采用填充方式，引入高熱導填料如氮化硼(BN)、氧化鋁(Al?O?)、氮化鋁( AIN)等以增加熱導率，同時保證材料的介電性能，達到熱、電性能的平衡。
1 導熱機理
固體導熱材料的傳遞方式主要為熱傳導。熱傳導傳遞的載體有電子、聲子及光子。大多數聚合物是飽和體系，無自由電子存在，分子運動困難，熱傳導主要是晶格振動的結果，聲子是主要熱能載荷者。對環氧樹脂來說，其結晶度低，聲子散射大，從而熱導率低。對無機非金屬材料來說，自由電子少，晶格振動是主要導熱途徑，其晶體微粒具有遠程有序性，聲子的散射小，導熱作用強，如氮化硼、碳化硅等都具有較高的熱導率。
高導熱填充型環氧復合材料主要通過聲子來傳遞熱量，導熱填料的引入，一方面熱量可以沿著填料品格快速傳播，增加熱導率，另一方面，填料的加入將引入界面熱阻。界面熱阻來自基體與填料界面處的聲子散射。當填料含量較低時，基體的導熱性能和界面熱阻決定體系的熱導率；當填料含量達到某一臨界值，即逾滲閾值，填料間相互接觸，體系內形成類似鏈狀或者網狀的結構，即導熱通路，體系的熱導率決定于導熱通路。
2 導熱理論模型
高導熱環氧介電復合材料多數為填充型二元體系或多元體系。目前預測二元體系熱導率的模型很多，典型導熱模型如表1所示。
以上各式，λ?，為聚合物熱導率，λ?，λ?。……為填料熱導率，λ為復合材料熱導率，V為填料粒子的填充體積，X?，X?。……中各種粒子占混合粒子的統計份數。
3 導熱性能影響因素
3.1 導熱填料
高導熱填充型復合材料的熱導率不僅取決于基體和導熱填料的熱導率，導熱填料的填充量、粒徑、形狀、分布狀態、取向及顆粒復配都會對復合材料的熱導率有重要影響。
3.2空隙
制備高導熱填充型復合材料填料的高填充率是必要的。當填料加入樹脂體系時，此時復合材料體系粘度增加大，樹脂分子鏈不能有效插入填料之間，復合材料體系形成空隙。特別在填料含量高的時候，由于填料的不靈活性，體系空隙將增大。空隙的存在又將限制體系的填充率，影響熱傳導。采用不同種類、粒徑和形貌填料復配是減小空隙的重要方法，有利于增加導熱鏈數量和提高導熱鏈濃度，從而提高體系的熱導率和介電性能。
3.3 界面
影響高導熱填充型復合材料熱導率主要有兩個參數：1個是導熱鏈的濃度，另1個是熱阻。其中，熱阻包括不同相的熱阻和相之間聲子散射引起的界面熱阻。填料和基體間模量的不同，增加了基體填料間的聲子散射引起大的界面熱阻。對填料表面處理可以增加基體和填料的粘結性，通過連接粒子基體界面、粒子粒子界面，減小界面聲子散射和界面熱阻，以增加體系熱導率和介電性能。
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高導熱環氧樹脂介電復合材料研究進展-王好盛.pdf
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