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氧化鋁無(wú)機(jī)填料：影響熱傳導(dǎo)行為的界面因素

東超 2025-04-16 | 閱讀：92

界面?zhèn)鳠嵝逝c界面結(jié)合狀態(tài)密切相關(guān),。研究表明,，當(dāng)界面相的物理特性發(fā)生變化時(shí)，其等效熱導(dǎo)率可跨越多個(gè)數(shù)量級(jí),，這種變化幅度幾乎等同于整個(gè)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的可調(diào)控范圍,，充分說(shuō)明界面特性對(duì)宏觀(guān)熱傳導(dǎo)行為的決定性作用。復(fù)合材料的傳熱性能本質(zhì)上受微觀(guān)界面結(jié)構(gòu)的制約,，任何界面層面的調(diào)整均會(huì)引起材料整體導(dǎo)熱特性的改變,。

1、界面數(shù)量與形態(tài)特征

界面數(shù)量直接影響聲子的散射頻率,。隨著填料表面積的增加,，異相接觸界面數(shù)量顯著增多，形成更多聲子傳輸屏障,，從而抑制熱量傳遞,。粒徑調(diào)控是改變界面數(shù)量的關(guān)鍵手段：大粒徑填料由于比表面積較小，形成的界面數(shù)量相對(duì)較少,，有利于降低聲子散射概率,；而小粒徑填料雖然能提升分散均勻性，但過(guò)高的界面密度反而可能加劇聲子散射效應(yīng),。當(dāng)粒徑減小到特定臨界值時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可能反而低于基體材料,。值得注意的是,，大尺寸單晶填料因晶界缺陷少、聲子散射弱,，已成為優(yōu)化導(dǎo)熱路徑的重要研究方向,。

對(duì)于界面厚度的作用，學(xué)界尚未形成統(tǒng)一結(jié)論,。部分研究認(rèn)為較厚的界面層為高頻聲子提供散射空間,，從而增大界面熱阻；而超薄界面由于缺乏散射條件，可能降低熱阻,。這種爭(zhēng)議性表明界面厚度與導(dǎo)熱性能的關(guān)系需結(jié)合具體材料體系深入分析,。

球形氧化鋁.jpg

2、界面相容性與結(jié)合強(qiáng)度

在由無(wú)機(jī)填料與有機(jī)基體構(gòu)成的復(fù)合體系中,，界面相容性差異會(huì)引發(fā)三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：首先,，填料團(tuán)聚導(dǎo)致導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)；其次,，基體對(duì)填料的潤(rùn)濕性不足形成界面空隙,；最后，熱膨脹系數(shù)失配引發(fā)溫度循環(huán)下的界面剝離,。這些問(wèn)題均會(huì)顯著增加界面熱阻,，形成熱量傳遞的瓶頸。

通過(guò)表面改性可有效改善界面結(jié)合狀態(tài)：一方面利用偶聯(lián)劑構(gòu)建化學(xué)鍵合橋接,，另一方面通過(guò)聚合物包覆增強(qiáng)物理錨定作用,。例如，采用聚硅氧烷修飾氮化硼填料后,，其與硅橡膠基體的浸潤(rùn)性顯著提升,，界面處聲子傳輸效率提高，使復(fù)合材料導(dǎo)熱性能成倍增強(qiáng),。等離子體處理等先進(jìn)改性技術(shù)還可精確調(diào)控界面層的化學(xué)組成與形貌特征,。

3、器件接觸界面特性

作為熱界面材料使用時(shí),，復(fù)合材料與散熱部件的接觸狀態(tài)直接影響實(shí)際散熱效果,。工程應(yīng)用中存在兩類(lèi)典型界面問(wèn)題：一是微觀(guān)尺度下接觸表面的粗糙度導(dǎo)致有效接觸面積降低；二是裝配壓力,、材料壓縮彈性等宏觀(guān)因素影響界面緊密程度,。通過(guò)提升部件表面光潔度、優(yōu)化裝配工藝,、選擇適度軟化的界面材料,，可有效降低接觸熱阻。例如,，增大夾緊壓力可使界面空隙率降低,，而具有自適應(yīng)形變能力的凝膠材料能更好地填充微觀(guān)不平整區(qū)域。

實(shí)現(xiàn)高效熱管理需要多維度協(xié)同設(shè)計(jì)：在微觀(guān)層面,，通過(guò)粒徑級(jí)配與表面改性構(gòu)建低阻界面,；在介觀(guān)層面，利用取向排列技術(shù)形成連續(xù)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),；在宏觀(guān)層面,，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)控接觸界面狀態(tài),。這種跨尺度協(xié)同創(chuàng)新已成為突破現(xiàn)有導(dǎo)熱材料性能瓶頸的重要方向。

參考資料：粉體圈