传统的导热界面材料一般是将导热颗粒直接混合在硅橡胶等有机高分子材料中制得的复合材料。然而，在这些复合材料中，填料颗粒一般是杂乱无章地分布在高分子基体中（如下图a），严重制约了填料导热性能的发挥。为了满足导热需求而大量加入导热填料不仅增加了成本和重量，而且会使材料的弹性下降、硬度增加，但导热性能却很难得到明显提升。

一般来说，片层状的填料的导热性能具有各向异性的特点。例如石墨烯，其平面内（径向）热导率约5000W/（m·K）与垂直平面方向（轴向）热导率约10W/（m·K）相差悬殊；又例如绝缘导热的六方晶氮化硼粒子面内方向（a轴方向）的热导率为400W/（m·K），厚度方向（c轴方向）的热导率为2W/（m·K）。对于许多应用场合的导热界面材料，人们主要关注其垂直于平面方向（轴向）的导热性能，例如在集成功率元件中，所产生的热量最好直接转移到散热器，而不是其他邻近部件。如果能通过一定的工艺步骤实现此类片层状填料在基体中的沿轴向排布（如上图b所示）则可以使此类填料的高导热特性得到更充分发挥，从而达到降低填料添加量，显著提升复合材料导热性能的目的。

垂直于平面方向（轴向）的导热性能有利于热量高效转移至散热器

阪东化学绝缘型高导热垫片“HEATEX®”：使用轴向拥有高导热系数的氮化硼作为导热填料，在厚度方向上通过“定向”实现17W/mK的高导热系数。这款绝缘型导热垫片，即使在200℃的环境中长期使用，物理性质几乎没有变化，可在加压环境中保持低热阻。

填料颗粒的排列方向可以通过外力或自发引导填料来控制。目前制备定向高热导复合材料的主要工艺包括：模板法、磁场辅助定向、电场辅助定向、机械拉伸定向、原位生长、真空辅助自组装、电纺丝技术等^[3]。这些方法可以单独使用，也可以结合使用，针对不同的应用需求和材料特性进行选择，以实现定向导热的效果。

定向高导热复合材料制备工艺[3]：制备技术分为两种类型。第一类包括制备定向导热网络，然后填充聚合物制备定向导热复合材料，第二类涉及在制备复合材料期间诱导导热填料颗粒的排列方向。

由于导热机理的不同，相比于导电型聚合物基TIMs，绝缘型的聚合物基TIMs想要获得高的热导率难度明显要大很多。为了得到高热导率的绝缘型TIMs，一般会采用高热导率的填料。在众多绝缘型导热填料中，六方氮化硼得到了广泛的关注。

通过一定工艺手段制备的球形六方氮化硼凝聚态粒子具有各向同性的导热性，可提供比片状或板状产品更好的垂直导热性。在导热复合材料中，使用球形氮化硼粒子搭配片状的氮化硼构建更多垂直于平面的导热通路，是一种可行的提升热界面材料轴向热导率的方案。

虽然各向同性的氮化硼粒子让各向异性导热的氮化硼粒子在垂直导热材料平面方向热导率有所提升，但各向同性的球形氮化硼粒子（无取向的），并没有最好的利用到六方氮化硼的平面上的热导率特性。在专利文件US10526250B2中，3M公司提出了一种各向异性的六方氮化硼团聚粒子的制备方法。采用该法制备的氮化硼团聚粒子密度高、机械稳定性好，比表面积小，作为导热填料使用可以有效降低界面热阻。

氮化硼粒子的各向异性导热（平面热导率高，轴向热导率低）被认为是不利轴向导热的。专利US10526250B2中采取了一种特殊的工艺手段，让氮化硼聚集体的各向异性换了个方向，从而实现具有轴向高导热的氮化硼粒子如上图②。其大致方法是：通过高压辊轧先制取了取向明确的层叠的氮化硼块如上图①，然后使其在平面方向断裂成新的团聚体②，新形成的氮化硼聚集体粒子，轴线方向是初级粒子原来高导热的平面。篇幅有限，未能展开说明，对相关内容感兴趣可以在参考资料4中了解到更多。

参考资料：

1、CN106810877B 一种导热界面材料及其应用

2、阪东化学的“热管理”产品资料技术文档

3、天津大学封伟团队综述：定向导热复合材料的制备技术

4、US10526250B2 Boron nitride agglomerates, method of production thereof and use thereof

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