热界面材料（TIMs）是电子设备散热的关键组成部分，常被用于填充发热器件与散热器之间的缝隙，通过增加两者之间接触面的有效面积来提升热传输性能，使得热量能够快速散失，最终实现高效的热管理。不过随着人工智能、5G等新兴技术的不断发展，对于TIMs的散热要求也越来越高，设计高性能指标的TIMs正在成为研究热点之一。TIMs主要分为碳基、金属基、陶瓷基、聚合物基四大类，其中聚合物基TIMs因其材料量轻，成本低以及优异的化学稳定性等优势，普遍存在于各种工业应用中。不过由于聚合物基体通常表现出更低的热传导，因此要设计高性能指标的TIMs就得通过降低基体和填料之间的界面热阻或利用填料构建有效的导热路径来实现。一、降低基体和填料之间的界面热阻聚合物基体与无机导热填料之间往往存在着极性差异，即使在高填充量的情况下，也难以实现完全接触，因此填料与基体两相界面之间往往存在着较大的界面热阻。为了降低两者之间的界面热阻，可从对填料的改性，提升两者相容性入手。1、共价键改性共价键改性时通过在导热填料表面引入特定的化学基团，如氨基（-NH₂）、羧基（-COOH）、硅烷基（-Si(OH)₃）等，使得其能够与聚合物基体发生化学反应形成稳定的共价键，显著改善填料与基体之间的界面相容性，从而降低界面热阻并增强复合材料的整体热导率。目前常用的共价键改性方法有硅烷偶联剂法等。硅烷偶联剂法：硅烷偶联剂是最具代表性的偶联剂，它对表面具有羟基的无机粒子最有效，它既具有能够与有机聚合物反应或相容的功能基团（如氨基、环氧基、乙烯基等），也具有可水解的硅烷基团，在水环境下，硅烷基团发生水解生成硅醇（Si-OH），随后硅醇与无机填料表面的羟基发生缩合反应，形成共价键，而有机功能基团则可以与聚合物基体发生物理缠结或化学交联，最终实现填料与聚合物基体之间的相容性和界面结合力的提升，降低界面热阻。2、非共价键改性非共价键改性主要依赖于静电相互作用、π-π相互作用、范德华力和氢键等物理相互作用来增强填料与聚合物基体之间的界面结合力，从而改善填料在聚合物中的分散性，减少界面热阻并提高导热性能。由于不涉及化学反应，这种方法不会破坏填料本身的结构，能够保持填料的固有性能，不过非共价键相互作用相对较弱，改性效果一般不如共价键改性。二、构建有效导热路径导热填料复配单一类型的导热填料往往难以达到理想的填充效果，而通过复配不同粒径、形状的填料，可以有效提高填料在基体中的填充效率和堆积密度，从而实现填料之间更好的连接并增加界面之间声子传输的机会，比如利用大尺寸填料和小尺寸填料复配，可以使小颗粒填充大颗粒之间的空隙，从而形成更加致密的结构，减少空气间隙，增强导热通路。而利用球形与纤维状、片状等一、二维导热填料复配，则可以在三维空间内更容易形成导热桥接，从而显著提高整体导热性能。一般来说，除了可以利用颗粒相同类型但形状和尺寸不同的填料按一定比例复配，也可利用种类、尺寸、形貌均不同的填料来进行复配，不仅可以提高填充率，也能够产生协同增强作用，实现聚合物基TIMs的高热导率，但这也将形成更多的填料/填料和填料/基体界面，从而产生较高的界面热阻。
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来源：粉体圈
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