随着器件元件的高度集成化，设计具有高导热系数的封装材料以实现电子器件的有效散热是非常重要的。在热管理系统中，关于导热界面材料的研究尤为重要，其中导热硅凝胶通常用来填补散热器与散热器之间的空隙，是一种发展前景较好的导热界面材料。导热硅凝胶通常以高聚合度的聚乙烯基硅氧烷为基体，与含有硅氢键的硅油在催化剂的作用下发生加成反应，形成交联网络，具有高的热传递性能、良好的热稳定性、突出的柔韧性和多自由度设计等优点。
由于纯硅橡胶的导热系数较低，一般在 0.13~0.25 W/(m·K)左右，因此，采用导热填料填充硅凝胶成为应对热管理问题的一种经济有效的方法。与传统的炭黑、SiO2、SiC、BN 等增强填料相比，新型碳纳米填料能够以较低的填充量改善硅凝胶的导热性、导电性和力学性能。石墨烯是一种二维六边形蜂窝状碳晶格，单层厚度为 0.34 nm，具有高比表面积、良好的力学性能、高导电性，特别是极高的导热系数，约为 5300 W/(m·K)，被认为是导热聚合物纳米复合材料中的新型增强材料。石墨烯作为填料在聚合物中的分散状态对最终复合材料增强性能的最大化起着关键作用，然而，石墨烯倾向于通过范德华力形成团聚体，这使得石墨烯很难分散在聚合物基体中。
本研究中，通过采用表面带负电且分散性较好的氧化石墨烯作为原料，同时，采用聚二烯丙基二甲基氯化 铵（PDDA）修饰球形 Al2O3，使 Al2O3 表面带正电，再将氧化石墨烯分散液与 Al2O3 悬液混合，二者通过静电 力相结合，形成三维包覆结构的 GO@Al2O3 复合材料。然后，经过高温热还原得到 rGO@Al2O3 杂化填料，将 杂化填料填充到硅橡胶的双组分中，进一步制备了 rGO@Al2O3 增强的导热硅凝胶。图 3a 为 Al2O3 的 SEM 图和对应插图为粒径统计柱状图，分析发现，Al2O3 为微米级球形颗粒，表面粗糙， 少部分颗粒存在裂纹，最小球形颗粒粒径为 0.4 μm，最大为 49.0 μm，粒径尺寸分布较广。从 3b 可以看出，还 原氧化石墨烯呈轻纱状半透明薄片结构，片层间相互搭接，片层表面和边缘存在大量褶皱，由于 GO 和 Al2O3 通过静电力吸附组装，rGO 与 Al2O3 球体接触的边缘也存在褶皱，形成了三维包覆效果。分析 3c 图发现，Al2O3 球形颗粒的粒径较大时，由于 rGO 的尺寸不足以覆盖 Al2O3，大部分 Al2O3 表面裸露出来，有利于硅橡胶基体 的渗入和填充，减少空隙；Al2O3 球形颗粒的粒径较小时，rGO 能够较好覆盖在 Al2O3 表面，形成三维导热体系。 rGO@Al2O3 三维结构的形成，一方面能够利用 Al2O3 的隔断作用，改善石墨烯的分散性，增加石墨烯与硅橡胶 基体之间的接触面积，降低热阻；另一方面可以利用石墨烯的片层结构，将球形 Al2O3 连接起来，形成导热网 络。rGO 与 Al2O3 之间协同作用，从而显著提高导热硅凝胶的导热系数和力学性能。
在复合材料中组合不同种类的填料已被一些研究者证明是一种降低界面传导阻力，提高导热系数的实用方法。图8为rGO@Al
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3 杂化填料填充硅橡胶复合材料的导热系数，导热系数随着 GO 质量分数的增加而增 加，2 w% GO 制备的 rGO@Al
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3 填充的导热硅凝胶具有最高的导热系数为 0.817 W/(m·K)，与纯 Al
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3 填充的导热硅凝胶相比，提高了 64.7%。进一步分析发现，随着 rGO 含量的增加，导热系数出现先缓慢增长，再快速增长，后缓慢增长的变化趋势，这是因为 rGO 较少时，体系中导热通路较少；随时 rGO 含量的增加，rGO 纳米片和 Al
2O3 球形颗粒具有较强的协同效应，形成致密的填充结构，有效地降低热阻，导热系数迅速增大； 随着 rGO 含量继续增加，rGO 在硅橡胶基体中发生团聚，一方面形成了空隙，增加了热阻，另一方面减少了导热通路，降低了热传输的效率。
结论：rGO@Al2O3 杂化填料三维包覆自支撑结构，一方面有利于高分子聚合物的渗透，改善了 rGO 的分散 性；另一方面，形成了相互连接的导热网络，rGO 和 Al2O3 协同作用，可以有效增强导热硅凝胶的力学性能和 导热性能。
