六方氮化硼改性作为高导热填料的优势研究进展

常用的导热填料主要有金属、碳系以及陶瓷填料，相比于金属、碳系填料，陶瓷粒子主要通过晶格振动实现热量的快速传递，而且因其内部没有自由运动的电子从而具有优异的电绝缘性能，是制备高导热绝缘聚合物材料的首选填料。尤其是六方氮化硼（h-BN），是陶瓷材料中导热性能最好的填料之一。h-BN 的结构和性质都与石墨相近，具有优异的固有导热以及热、化学稳定性能。

绝缘导热聚合物基复合材料是指在电绝缘情况下可以传递热量的物质，其在热交换工程、航空航天、电子电气工程等领域有着广泛的应用。部分聚合物的热导率，聚合物材料的导热性能普遍不好，即使导热性最好的高密度聚乙烯其热导率也只有 0.44 W/(m·K)。

片状六方氮化硼导热填料

提高聚合物材料导热性能目前主要有三种途径：一是合成具有高热导率的聚合物或分子链中引入导热性能良好的官能团；二是探索先进的高聚物加工工艺及其设备，通过改变高聚物的链排列结构使聚合物具有完整结晶性，通过声子导热机制导热；三是加入高导热填充物。第一和第二种方法因工艺复杂、对设备要求高等因素影响目前难以实现规模化生产。第三种方法即高导热填充物方法因简便快捷、易于控制而应用最为广泛。

六方氮化硼作为导热填料，应该具备以下基本要求：高导热系数、不与聚合物基体发生反应、化学和热稳定性良好等，氮化硼因具有较低的介电常数、较高的体积电阻率和热导率，成为目前制备高绝缘导热聚合物的理想填料，BN/聚合物复合材料也成为当前绝缘导热聚合物复合材料的研究热点。

导热填料/聚合物复合材料的性质与填料的形貌等因素有关，如填料的大小、形状和在聚合物基体中的分散状态等都会影响聚合物的导热性能。搭配使用不同形态的氮化硼作为填料，可使聚合物复合材料显示出优异的导热性能。

但是 h-BN 的疏水特性使其在聚合物基体中的分散性较差，很容易发生填料团聚的现象，造成严重的声子散射，影响热量的有序传输。如何提升 h-BN 在聚合物基体中的分散性是解决这一问题的有效方法。

六方氮化硼h-BN表面改性方式

当聚合物基体中引入 h-BN 填料时，由于复合体系内接触界面增多且填料间易发生团聚，造成了复合体系内部界面热阻较大，不利于导热性能的有效提升。为了解决这一问题，改善填料在聚合物基体中的分散性尤为关键。

层内共价相连的方式使得 h-BN表面的活性自由基较少，很难与聚合物基体结合，极易发生团聚现象，影响导热性能的提升。通过对 h-BN 进行表面改性，提升其与聚合物基体之间的界面相互作用，不仅解决了填料与基体之间分散性较差的问题，同时还能降低填料与基体之间的界面热阻。