在生產制造業中，常常都會用到與散熱相關的材料，其中高分子導熱材料是最常用的種類之一，包括有導熱橡膠、導熱塑料、導熱膠粘劑等產品。不過這些高分子材料受限于自身素質，要想獲得良好的導熱能力，就得依靠熱導率高的填料來發揮作用。

常規的導熱填料之前已經介紹過很多了，比如說氮化物有 AlN、BN、Si3N4，氧化物有Al2O3、MgO、ZnO、SiO2等。不過材料界那么廣袤，并不僅有這幾種填料才能發揮功效，下面便來給大家介紹幾種更為特別的非常規導熱填料，它們不僅能提高聚合物導熱能力，同時還能賦予聚合物其他功能性，如高介電常數（k）、儲能、磁性及力學性能等。

1.納米金剛石

納米金剛石（ND）具有許多優勢，如優越的力、電、光和熱性能，高電阻率、高擊穿場強、低介電常數、低熱膨脹、和聚合物有強界面作用力、生物相容性、無毒以及表面可進行多種改性修飾等，被科學家認為是一種能夠滿足飛速發展的電子工業對熱管理的超高要求的理想熱管理材料。其顯微結構如圖所示。

ND的高倍顯微結構

不同于金屬依靠外圍電子進行傳熱，金剛石的熱量傳導僅由晶格振動（即聲子）完成，其原子之間極強的共價鍵使剛性晶格具有高振動頻率，因此其德拜特征溫度高達2220 K。但任何晶格缺陷都會產生聲子散射，從而降低熱傳導性，這是所有晶體材料的固有特征，因此不同種類的金剛石間性能差異很大，具體比較可看下表。

2.碳化硅SiC

碳化硅（SiC）憑借其價廉、高熱導率、耐磨等優點，目前已成為國內外研究較為活躍的導熱陶瓷材料。理論上SiC的熱導率非常高，達270W/(m·K)，因此被認為可用于改善聚合物的導熱、耐磨及抗電暈性。

SiC和高的基體界面結合強度可有效降低界面熱阻，改善熱導率；另外在復合材料中構建取向的一維熱通道可提高該方向的熱導率。Gu等用KH-560處理SiC后，在表面接枝氨基-籠型聚倍半硅氧烷（NH2-POSS），將POSS-SiC和超高相對分子質量聚乙烯粉末混合，熱壓成型，所制備材料比未改性SiC體系具有更高的熱導率，更低的k和介電損耗，歸因于POSS有效增強了相界面的作用力，有利于聲子傳遞，抑制了界面聲子極化。

3.碳化鈦TiC

碳化鈦(TiC)的熔點高、維氏硬度高、化學穩定性好，主要用來制造金屬陶瓷、耐熱合金和硬質合金。用TiC制備的復相材料在機械加工、冶金礦產、航天領域、聚變堆等領域有著廣泛地應用。Tantawy等成功制備了三元乙丙橡膠(EPDM)/TiC復合材料，發現這種復合材料具有良好的導熱性、熱穩定性以及電絕緣性，為解決當前電子器件的散熱問題開辟了新路徑。

4.碳化硼B4C

碳化硼(B4C)是目前已知材料中莫氏硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的超硬材料，顯微維氏硬度高達3000 kg/mm2，密度僅為鋼鐵的1/3，熔點高約為2447℃，熱膨脹系數低、熱導率高，具備良好的化學穩定性。

因為硬度高，所以碳化硼也是防彈領域的熱門材料

Sun等在氬氣氛下于硼酸和硼混合粉體中加熱金剛石顆粒，在合成金剛石顆粒表面形成B4C涂層。在金剛石表面鍍B4C可提高金剛石與基體間的界面強度，降低界面熱阻。利用B4C及含B4C涂層的金剛石復合粒子填充聚合物可獲得綜合性能良好的導熱聚合物。

5.鈦酸鋇BaTiO3

鐵電BaTiO3粒子，具有高k、低D，一定導熱性能，可改善聚合物的介電和導熱性能。Zhao等研究了［720］取向和［001］取向的BaTiO3單晶中鐵彈性域的局部熱導率，結果表明［001］取向和［720］取向的BaTiO3晶體的局部熱導率分別為3.39 W/（m·K）和5.95 W/（m·K）。［720］取向的BaTiO3熱導率急劇下降的根本機制是在內部高度不均勻的應變引起大量聲子散射。此發現解釋了鐵電材料特殊的熱輸運行為，即除通常的自發極化方向外，在應變工程方向上出現的高應變可以調節壓電和鐵電特性。

6.硅Si

半導體Si具有一定的導熱性能，可改善聚合物的導熱能力和提高介電性能。球形、光滑表面填料粒子能夠均勻分散于聚合物基體中，Hou等采用射頻等離子體法一步合成尺寸均勻，表面光滑和高球形度Si納米微球，和酚醛樹脂復合后，Si微球均勻分散于基體中，Si含量為47%時，PF/Si的體系熱導率高達6.2 W/(m·K)，100 Hz下k高達106，是一類高熱導率和高k的聚合物復合材料，應用于埋入式電容器和高儲能密度電容器，具有良好的散熱能力。

埋入式電容的主要部分就是高的介電常數和介質材料的實現

7.其他

除上述無機功能粒子外，還有CeO2、WS2、Li2MgSiO4等導熱粒子，可有效改善聚合物的熱導率、力學性能，降低體系的CTE。

另外，某些有機小分子也能在聚合物內形成不同結構形態的連續晶體，借助連續晶體的規整結構在晶體內構筑利于聲子傳遞的快速通道，顯著改善聚合物的導熱性能。通過選擇有機分子的結構和聚合物相對分子質量及結構，控制有機晶體和聚合物配比及結晶條件，就可以控制不同的結構形態和晶體結構，實現對聚合物內部聲子導熱路徑及最終熱導率的調控。

與傳統無機和金屬導熱粒子不一樣的聲子傳遞通道

資料來源： 聚合物/新型導熱填料復合電介質的研究進展，李旭，周文英，張財華，張帆，張祥林。