導熱凝膠是一種具有半固體特性的導熱材料,廣泛應用于電子設備中的熱管理。根據其化學組成,導熱凝膠可分為硅系和非硅系兩大類。硅系導熱凝膠主要由基礎硅油、交聯(lián)劑、擴鏈劑和導熱填料組成,其中基礎硅油包括二甲基硅油、乙基硅油、羥基硅油等多種類型。非硅系導熱凝膠則以樹脂為基礎材料。
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為了提升導熱凝膠的導熱性能,有兩種主要方法:一是通過改變聚合物分子鏈的結構和排列來提高其固有導熱性,但這種方法工藝復雜,成本較高,難以廣泛推廣;二是將高導熱填料加入聚合物基體中,制備填充型導熱復合材料,這是目前最常用的方法。 導熱填料的加入對于實現(xiàn)導熱凝膠的高導熱性能至關重要。導熱填料的種類、含量、尺寸和形狀都會對導熱凝膠的熱導率產生顯著影響。此外,填料的結構、空間排列以及取向也會對導熱凝膠的熱導率產生一定的影響。
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導熱凝膠的導熱機理基于熱動力學理論,即固體物質中的熱傳導是通過微觀粒子的熱振動來實現(xiàn)的。微觀粒子的載流子主要包括電子、光子和聲子。將高導熱填料加入聚合物中是提高其導熱性的有效方法。填充型導熱復合材料的熱傳導機理主要包括熱傳導途徑理論、熱傳導滲流理論和熱彈性系數(shù)理論。 根據熱傳導途徑理論,導熱填料在聚合物基體中通過相互接觸和重疊形成連續(xù)的傳熱路徑。在填料含量較小時,填料顆粒與基體之間形成海島結構,填料顆粒像島嶼一樣分布在基體中,很難相互接觸和重疊,無法形成有效的傳熱路徑,導致復合材料的熱導率較小。隨著導熱填料含量的增大,填料顆粒之間相互接觸和重疊,逐漸建立起連續(xù)的傳熱路徑,從而明顯改善復合材料的導熱性能。