中國粉體網訊
為什么需要導熱凝膠？
伴隨新能源、消費電子、通訊等行業的飛速發展，電子元器件的使用也越來越多，特別是在新能源汽車、5G 手機等電子電器之中，這些設備在使用過程之中散發熱量比較大，出于對電子器件安全性以及穩定性的考慮，需要采用一些方式對其進行降溫，熱界面材料應運而生。
熱界面材料主要是由導熱填料與高分子材料組成，可置于電子器件之間填補空隙，實現對于電子器件的有效散熱，主要包括: 導熱硅脂、相變材料、導熱墊片和導熱凝膠。
無熱界面材料填充VS有熱界面材料填充
不同熱界面材料的優缺點
其中，導熱凝膠作為一種凝膠狀的導熱材料，因其使用便捷且高效而備受關注。這種材料可以通過點膠機輕松擠出，不受電子器件形狀和大小的限制，能有效填充發熱器件和散熱器件之間的微小間隙，達到給器件降溫的目的。此外，導熱凝膠可以在室溫下硫化，或者利用芯片散發的熱量進行工作中的硫化，這也使得導熱凝膠有著較低的滲油率，從而保證其在使用過程中保持更穩定的性能。
導熱凝膠的組成
導熱凝膠根據基體材料分為硅系和非硅系兩類。硅系導熱凝膠由基礎硅油、交聯劑、擴鏈劑和導熱填料等組成，非硅系導熱凝膠一般由樹脂和導熱填料組成。
導熱填料的加入是實現導熱凝膠高導熱的必要條件，填料種類、含量、尺寸和形狀對導熱凝膠的熱導率有較大影響，此外填料的結構、空間排列以及取向也對導熱凝膠的熱導率有一定影響。
導熱填料形成傳熱路徑示意
在填料含量較小時，填料顆粒與基體之間形成海島結構，填料顆粒像島嶼一樣分布在基體中，很難相互接觸和重疊，無法形成有效的傳熱路徑，導致復合材料的熱導率較小；隨著導熱填料含量的增大，填料顆粒之間相互接觸和重疊，在基體中逐漸建立起連續的傳熱路徑，從而明顯改善復合材料的導熱性能。
基體材料
硅系導熱凝膠
硅系導熱凝膠由基礎硅油、交聯劑、擴鏈劑和導熱填料等組成，目前用于導熱凝膠的基礎硅油主要有二甲基硅油、乙基硅油、羥基硅油、含氫硅油、長鏈烷烴基硅油、氟硅油及各種有機基改性硅油。
在導熱凝膠的制備中，通過調整基礎硅油的相對分子質量、反應基團數量和位置可以改善導熱凝膠的力學性能、涂敷性能、滲油性能、絕緣性能等 。
非硅系導熱凝膠
非硅系的導熱凝膠往往以聚丙烯酸（PAA）、聚氨酯、聚烯烴等樹脂體系為基礎，其特點是易生成相對堅硬的彈性體。
填料
導熱填料主要包括金屬填料、陶瓷填料、碳基材料等，它們通常被認為是高導熱復合材料的理想候選材料。但由于金屬填料中某些金屬易被氧化且對凝膠的塑性有一定影響，在實際使用中綜合考慮導熱性要求，常采用陶瓷材料、碳基材料作為導熱填料。
陶瓷材料
陶瓷材料如Al2O3、AlN、碳化硅、氮化硅、氧化鎂和氮化硼（BN）等具有良好的導熱性能、較小的介電常數和較大的電阻率等優點而被廣泛應用于填料中。
碳基材料
碳基材料如石墨、石墨烯和碳納米管等因其低密度和高導熱性，已廣泛應用于導熱填料。石墨烯以多種形式存在，包括氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯和石墨烯納米片（GN）。碳納米管具有單壁碳納米管和多壁碳納米管的形態。碳基材料的理論熱導率遠遠大于陶瓷材料，但由于碳基材料的固有缺陷，即分散性差和接觸熱阻高，加入碳基材料的導熱凝膠的熱導率仍然難以超過10 W·m-1·K-1 。
導熱凝膠的應用
目前導熱凝膠已在LED燈具、通信設備、5G基站和汽車電子等領域中被廣泛應用，如針對手機電子元件熱管理，導熱凝膠可以替代傳統的導熱墊片，均勻地涂覆在芯片的封裝表面，具有成本低、室溫下或電子元件發熱時固化從而提高接觸面積的特點。
在航空電子設備中的應用
相對于導熱硅脂、導熱膠和導熱墊片等傳統介質材料，導熱硅凝膠作為新型熱界面材料在高低溫性能測試、墜撞安全測試、持續震動試驗等多項針對性測試中都取得了更好的試驗結果，可以應用于航空電子產品的生產。
在5G電子設備中的應用
導熱硅凝膠材料既可增進熱能的傳導效應，又能實現熱能的傳導。與傳統的導熱材料相比，將新型導熱硅凝膠材料使用在電子元件的應用之中，能夠有效地提升信號的傳播效率，也能促進新型導熱硅凝膠材料的高質量應用。
在動力電池上的應用
動力電池絕大部分都采用鋰離子電芯，具有能量密度高和使用壽命長等優勢，但也存在較大的安全隱患。當遇到水分侵入、短路、過載、外殼破損和溫度過高等情形時，鋰電池有發生燃燒、甚至爆炸的風險，這也為鋰離子電池的安全使用帶來了挑戰。在電動汽車正常行駛過程中，鋰電池可能承受的沖擊包括持續振動、大幅溫度變化、雨水浸泡等，而在電池故障及交通意外條件下（如撞擊、墜河），可能承受的沖擊還包括局部短路、過載、強機械沖擊、水或其他液體浸泡、火災等。
因此，在復雜甚至意外環境下維持鋰電池的安全運行，保護電動車內駕乘人員的安全，是各方都追求的目標。導熱硅凝膠能起到防水密封、阻燃密封、散熱以及減震固定的作用，則能夠大大提升動力電池組的安全性能。
參考來源
[1]陳維斌.導熱硅凝膠的研究與應用進展
[2]繆小冬等.導熱凝膠的研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
