中国粉体网讯 针对电子封装对高导热界面材料的迫切需求，探究石墨、碳纤维等碳基填料的表面处理技术，大幅度提升热界面材料的导热性以及填料与基材的界面结合性，最终实现代替传统氧化铝填料，替代国外进口高端产品。以改性石墨和改性碳纤维等优质国产碳基高导热填料向热管理材料厂商提供高导热、绝缘的高性价比产品，自己解决5G芯片散热的卡脖子问题。
石墨烯图片来源：pixabay
目前提高聚合物材料导热率的方法主要有两种，较为常用的方式是，往聚合物中加入高导热填料。当填料的添加量达到临界值时，填料在聚合物基体中可以形成导热通路，从而提高复合材料的导热率。
1导热填料
目前最为常见的导热填料按种类可分为三类，分别是陶瓷填料、金属填料和碳基填料，这三类填料的导热率都比基体要高出很多。表1列出了常用的导热填料的导热和导电性能。
表1部分导热填料的导热系数
2碳基填料
一般来讲，我们所指的碳基材料包括碳纤维(CF)、碳纳米管(CNT)、石墨烯(Graphene)、石墨(Graphite)以及金刚石(diamond)等。这些碳基材料本身的导热系数都很髙，相比较于金属或陶瓷填料而言，碳基材料也拥有着更低的质量。
2.1碳纤维改性
通过表面改性技术来提高碳纤维的表面活性，强化碳纤维与基体材料之间的界面性能，改善了其与基体的粘结效果，从而提高纤维材料在工业应用中的价值。
2.1.1涂层法
涂层法，是指在碳纤维表面涂覆一层聚合物、金属粒子或无机非金属及其复合物，目的是改变碳纤维的表面润湿性，增加聚合物基体和碳纤维的相容性。表面涂层处理不仅参与形成纤维/基体间的界面相，减小复合材料制造过程中纤维/基体间的热残余应力，而且可以减小应力集中，使纤维表面性能平均化。
2.1.2等离子处理
等离子喷涂过程是一个高速碰撞沉积，将熔融或者半熔融状态的材料喷涂到经过预处理的基体上形成涂层的过程。等离子处理具有操作简单、工艺环保、对原丝的性能和力学强度破坏性小等优点，已成为应用较广的一种研究方法。
2.1.3气相氧化法
气相氧化法是采用热空气、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等气体为介质对CF进行氧化处理，处理后CF比表面积和表面粗糙度增加，表面含氧官能团的种类和数量也有所增加，从而提高CF增强复合材料的综合力学性能。
2.1.4其他方法
此外，液相氧化法、电化学氧化法、表面接枝法、能量束处理法、稀土处理法等都是有效的碳纤维改性手段。碳纤维改性技术的关键在于提高碳纤维与基体的结合程度，提高复合材料的性能。而随着环境问题的日益突出，今后碳纤维表面处理技术的低成本化、绿色化和连续生产化将是重点研究方向。
2.2石墨烯改性
填料表面处理减小聚合物基体与填料之间的界面热阻是增加聚合物复合材料导热性能的方法之一。
2.2.1表面接枝处理
采用诸如异氰酸酯、硅烷偶联剂、有机胺、重氮盐等试剂可以实现石墨烯的表面功能化。对单层石墨烯进行功能团接枝改性，这样可以大幅度降低分子间的范德华力，不仅让单层分散变的很容易，还可以提高与聚合物之间的相容性，可以制成分散均匀的石墨烯聚合物复合材料。
2.2.2表面等离子体处理，采用四氟化碳等离子体进行处理。
2.2.3表面活性剂处理
如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、木质素磺酸钠(SLS)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺等。
整体而言，导热填料类型、加载量与形貌是影响聚合物复合材料的导热与力学性能的重要因素。要探究高导热碳基填料的开发应用技术，需要进行全面且深入的专业知识学习，除了了解上述概念性的知识和大致的改性技术，我们还需要对填料属性和导热技术有一系列准确的认知。
为了给大家提供一个专业的学习平台，中国粉体网旗下粉体公开课平台，将于9月23日在线上举办2021首届导热散热粉体材料制备及应用论坛。届时，我们将邀请湖南大学材料科学与工程学院韩飞副教授为大家作《电子封装用高导热碳基填料的开发应用》专业报告，详细讲述高导热碳基填料的专业知识和先进技术。会议期间，每一位参会者都可以现场与老师一对一交流，解答相关疑问，千万不要错过哦。
专家介绍
韩飞，湖南大学副教授，博士生导师，湖湘青年英才，新加坡国立大学博士后，斯坦福大学访问学者。
从事功能型炭基材料的研究工作，在Angew.Chem.、Adv.Funct.Mater.、EnergyStorageMater.等国内外权威刊物上发表学术论文50余篇，授权发明专利10余项。
主持国家自然科学基金青年项目、湖南省人才创新计划项目、湖南省重点研发计划、长沙市科技计划项目等多项重要科研项目。
参考来源
王金龙，等：填充型高导热绝缘复合材料的研究进展，西安工程大学
张金成，等：填充型聚合物基导热复合材料的研究进展，杭州师范大学
中国粉体网，粉体百科|碳纤维表面处理技术
