文 献 综 述

1.导热高分子的发展需求

高分子材料具有轻质、耐化学腐蚀、易加工成型、电绝缘性能优异、力学及抗疲劳性能优良等特点。然而,绝大数高分子材料热导率极低,是热绝缘体,倘若赋予高分子材料以一定导热性,则会拓宽高分子材料的应用领域,尤其在导热领域的应用。根据电绝缘性可将导热高分子分为导电导热高分子和绝缘导热高分子两大类，绝缘导热高分子在绝缘散热及导热场合对于提高电气及微电子器件的精度和寿命具有重要意义,而且还广泛应用于非绝缘场合导热。随微电子集成技术和空芯印制板高密度组装技术高速发展,组装密度迅速提高,电子元件、逻辑电路体积成千上万倍地缩小,在高频工作频率下,半导体工作热环境向高温方向迅速移动;此时,电子元器件产生的热量迅速积累,在使用环境温度下,要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作,及时散热能力成为影响其使用寿命的关键限制因素，为保障元器件运行可靠性,需使用具备高可靠性、高导热性能的综合性能优异的绝缘高分子材料来替代该场合下使用的普通高分子材料。因此,作为一类重要热管理材料,导热绝缘高分子材料是电子设备散热设计中必不可少的关键环节,这类功能性高分子材料的研究和开发具有重要的理论和经济价值。

2.填充型高分子复合材料的导热机理

填充材料自身的导热性能及其在基体中的分布情况以及与基体的相互作用，决定了聚合物基材料的导热性能。填料用量较小时,填料虽均匀分散于树脂中,但彼此间未能形成相互接触和相互作用,导热性提高不大;填料用量提高到某一临界值时,填料间形成接触和相互作用,体系内形成了类似网状或链状的结构形态,即形成导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时,材料导热性能提高很快;体系中在热流方向上未形成导热网链时,会造成热流方向上热阻很大,导致材料导热性能很差。固体物质的导热能力顺序依次为: 金属gt;晶体gt;非晶体。各种填充材料的导热机理是不同的,金属材料是靠电子运动进行导热,金属导热率随着温度升高而降低。非金属的热能扩散速率主要取决于邻近原子的振动及结合基团。在强共价健结合的材料中,在有序的晶体晶格中传热是比较有效的,尤其在很低的温度下,材料具有良好的导热率,但随着温度升高,晶格的热运动呈现抗热流性增加和热导率降低,而抗热流性是由于晶格中的缺陷造成的,因此对于极度无序的无定形固体则呈现很低的热导率。

3.环氧树脂复合材料的研究

3.1以金属填充的聚合物基导热材料

将铜粉、锡粉加入到环氧树脂中,研究结果表明,复合材料的热导率随着金属粉末含量的增加而增加,金属含量低于10%时, 材料的热导率缓慢增加;当体积分数大于30%时,含铜粉的材料热导率高于含锡粉的材料;当铜粉直径为40～60 μm,体积分数为40%时, 材料热导率较高。

3.2以无机填料填充的聚合物基导热材料

用天然鳞片石墨和环氧树脂制备了一种导热复合材料, 当石墨的质量分数达到60%时,热导率可达到10 W/(m#183;K) 以上,与环氧树脂的热导率相比,提高了约50 倍。