导热界面材料（TIM）是散热系统的关键材料，是连接芯片与散热器之间热量传递的桥梁。然而，用于热界面材料的聚合物，如环氧树脂、有机硅、聚氨酯等，具有很低的导热系数[0.1～0.3 W/(m·K)]，无法满足快速传热的要求，因此需要开发具有高导热的热界面材料。通常的方法是在聚合物基体中加入导热填料来实现高效的热传导。氧化铝因为来源广泛，价格较低，在聚合物基体中填充量大，具有较高的性价比，是目前制备高导热绝缘材料的主要填料。
氧化铝是一种常见的导热粉体，因为导热性能及电绝缘性良好、硬度高、耐热性强、耐磨性优良等优势，被广泛用作硅橡胶、橡胶、塑料、陶瓷、耐火材料等的填料。然而，氧化铝若要得到大量应用，还需对其进行表面改性。今天，东超新材就为您解读其中的原因，以及常见改性方法。 球形氧化铝为1～150μm颗粒，形貌为球状，高填充率、高堆积密度，吸油率低等。但其在高温焰流下氧化铝相变很复杂，由此生产的氧化铝除主要为α相外，往往还含有δ相、θ相等杂相，而这是高热导率要求所不希望的。角形氧化铝颗粒形貌以具有尖锐的棱角为特征，生产成本低，转化率高，但纯度低，填充率低，电导高等导致了其导热材料导热系数低。类球α-氧化铝或准球氧化铝相含量高、纯度高、表面光滑，但颗粒形貌为椭圆形，影响填充率，且产品成本较高。 基于不同形貌导热氧化铝体系稳定性、高性能、低成本等需求考量，通过实现球形、类球/准球形、角形氧化铝填料紧密堆积，搭建导热网络结构，从而提升导热界面材料导热系数，由该方法制备的复合导热氧化铝填料型的导热高分子材料有望在市场上得到广泛应用，需求大。目前，在粉体颗粒填充导热高分子复合材料时，为降低孔隙率，增大导热材料的导热性能的研究还未完善，如何提高粉体颗粒的堆积密度、降低孔隙率、提高热界面材料的导热性能是填充型导热高分子复合材料急需解决的问题。 由于氧化铝粒子和有机树脂基体界面间相容性很差，造成氧化铝粒子极易团聚，很难均匀地分散到高分子基体中，此外，氧化铝粒子与有机树脂的表面张力差异不同，使得高分子基体很难润湿粒子表面，从而导致二者界面处存在空隙，增加了复合材料的界面热阻。如何降低氧化铝颗粒之间的团聚，改善氧化铝粉体与高分子基体的界面相容性，提高它们在高分子基体中的分散性，从而获得性能优异的复合材料，就成为氧化铝在填充材料领域中应用的关键性问题。 利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性，有目的地改变粉体表面的物理化学性质，如表面能、表面极性等，能很好地解决氧化铝粉体在树脂中分散性差的问题。表面处理是优化氧化铝粉体材料性能的关键技术之一，对提高氧化铝粉体的应用性能和价值起着至关重要的作用。
偶联剂不仅能够与无机粒子表面产生化学结合，而且偶联剂中含有化学官能团，有足够长的碳链能够与基体产生物理纠缠或共结晶，因而与高聚物基体也有很强的反应性和相容性，主要有硅烷、钛酸酯、铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等偶联剂。普通氧化铝的表面改性剂以传统的硅烷偶联剂为主。贾春燕等针对氧化铝导热填料的表面处理进行了研究，试验选取不同的偶联剂对氧化铝导热填料进行表面处理，通过吸油值、粘度及扫描电镜对表面处理后的氧化铝进行表征，并对偶联剂的表面处理作用及机理进行了初步的探讨。结果表明，偶联剂可以明显的降低氧化铝的吸油值，相对于未表面处理的氧化铝，经三种不同偶联剂表面处理后氧化铝的吸油值下降了7%~30%。且在合适的偶联剂添加量范围下，氧化铝/树脂复合材料的粘度逐渐降低，在某一值时，其粘度下降趋缓，基本达到平衡。表面处理后的氧化铝粉体分散性较好，颗粒无明显团聚现象存在，粉体棱角减少。 为提高界面材料的导热性能，采用不同工艺对界面材料用导热氧化铝填料进行改性研究，通过考察导热氧化铝填料的形貌、添加量、复配比例对界面材料导热性能的影响，选取导热氧化铝填料性价比配方和改性工艺。
实验结果表明：球形氧化铝、类球/准球形氧化铝和角形氧化铝，分别采用干法、湿法、干法-湿法联合改性工艺进行改性，其中干法-湿法联合改性工艺改性包覆的效果最好，同时表观密度大，因此导热系数最高。选取45μm球形氧化铝、45μm类球/准球形氧化铝、5μm角形氧化铝以2∶3∶2的质量比复配改性，通过SEM检测得出粉体之间形成紧密的导热网络通道，导热系数可以达到4.25 W/（m·K）。表面接枝的聚合物有聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、超支化聚合物等。经过改性的氧化铝导热粉体极大提高了它们在高分子基体中的分散性和填充均匀度，具备更优的应用性能。东超新材对氧化铝、硅微粉、氢氧化铝、氢氧化镁等粉体的研究已有10年经验，目前已拥有专业的粉体研发实验室，生产改性工厂，粉体应用检测室等，能够独立地完成粉体小试、中试和批量化生产，及时满足客户的产品定制需求；具有快速反应的研发团队，可根据客户所用基材、产品指标、工艺特色等选择合适的偶联剂研发对应产品或推荐对标产品，同时提供专业的售前售后支持以及分析测试服务，竭尽全力为客户提供功能性粉体解决方案。来源参考：贾春燕，李东红，杨双凤。导热填料氧化铝的表面处理研究（中国铝业郑州有色金属研究院有限公司）
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