导热吸波材料的研究进展以及存在问题

随着电子设备功率密度的提高，电子器件的电磁兼容和散热问题日趋严重，兼具双功能特性的导热吸波材料成为解决该问题的新趋势。目前，该类材料主要的研发思路是在高分子基体中同时加入导热填料和吸波剂以实现材料的导热吸波双功能。然而，橡胶等高分子材料中功能填料添加量存在最大限度，导热填料与吸波剂添加量存在此消彼长的问题，难以实现两种性能的协同提升。目前，尚无有效手段解决这一难题，只能通过协调两种功能填料的添加比例，确定材料导热和吸波性能的最优平衡点。
导热吸波材料整体研发思路大致相同，即向高分子基体中添加功能填料使材料具有导热或吸波功能。吸波材料通常在基体中添加铁氧体、羰基铁、羟基铁、羟基镍、羟基钴、导电聚苯胺、钛酸钡、石墨、碳纤维等吸波剂以获得优异的吸波性能，但填料与基体的导热系数普遍偏低。导热材料目前多采用氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼等绝缘填料这些填料均不具备吸波功能。各研发单位通常在前期导热材料、吸波材料的研究基础上，通过在基体材料中混合加入传统导热填料和吸波剂，获得兼具导热、吸波功能的材料。
然而，由于橡胶等基体材料中功能填料的加入总量存在上限，某种( 导热、吸波) 填料添加量的提升必然造成另一种功能填料添加量的降低，使得导热吸波材料的导热性能与吸波性能存在此消彼长的矛盾，难以实现材料导热性能和吸波性能的同步提升。目前导热吸波材料的研发只能通过综合协调两种填料的添加比例来平衡材料的导热、吸波两种性能指标，无法满足敏感电子器件对材料兼具电磁波吸收功能和高效热传导能力的要求。
导热吸波材料的研发方法较为简单、常规，但制备出的导热吸波材料难以实现高效热传导性能和强电磁波吸收的兼容。国内外学者从导热、吸波单一功能材料的开发思路出发，寻找产生问题的原因，发现在材料微观结构设计过程中需要材料内的吸波成分充分分散、隔离，以提高吸波效果、拓宽频率范围; 而要提高材料的导热性能，要求材料内部高连续、低缺陷，形成热通路网链结构，导致材料的导热、吸波应用在结构方面存在设计矛盾，特别是导热填料的加入还会影响吸波剂功能的发挥，不利于材料吸波性能的设计，增加了导热吸波材料的开发难度和成本，延长了开发周期。同时，导热吸波材料主要是由导热填料、吸波剂以及橡胶高分子基体组成，当导热剂和吸波剂的含量较高时，会带来如材料的黏度增大、成型困难和成本提高等诸多问题，影响其在实际中的应用。
针对材料导热和吸波性能的影响因素较多且不同因素之间存在交叉作用的情况，该领域学者通过研究功能填料组分、颗粒尺寸、结构参数以及成型工艺参数等多因素之间的影响关系，综合分析各因素共同作用对材料性能的影响，试图获得具有实际指导价值的调控机制和方法。
但是目前导热吸波材料的性能评价缺少统一规范的标准，严重制约了产品的推广应用。同时，导热吸波材料的主要功能指标还需要进一步提升，以满足实际使用的需求。
本文引自《导热吸波材料的研究进展及未来发展方向，材料导报，2021，35( 9) : 09133-09139，0914》