在电子设备、新能源汽车、LED照明等高科技领域，高效的散热材料至关重要。传统的聚合物导热性能普遍较差，难以满足高功率设备的散热需求。为此，研究人员在聚合物中加入高导热填料，而氮化硼（BN）因其优异的导热性、电绝缘性和化学稳定性备受关注。

然而，单纯使用BN填料往往难以形成连续、高效的导热路径。为此，需要通过人为设计与调控，从“多维度填料协同”与“三维网络构建”两方面入手，在较低填料含量下构建有效的导热网络，从而制备出高导热复合材料。

一、氮化硼与多维度填料复合

对于单一填料的BN而言，其相同的结构和尺寸会在聚合物中容易形成空隙，空气导热性差限制了材料导热性能的提升。

使用杂化填料主要有以下优势：

①不同形状的填料之间具有协同效应，可在较低填充量下实现更高的导热率，同时保持聚合物良好的力学与加工性能；

②填料还可赋予材料其他功能，如阻燃性和疏水性。

不同填料含量复合材料的导热路径

1、氮化硼与零维填料：“点-面”结合

零维填料为颗粒状结构，二维BN与零维导热填料是以“点-面”形式相结合，填充片层之间的空隙，提高填充率，有利于导热网络的形成。

常见与h-BN杂化的零维导热填料有碳化硅颗粒（SiC）、银纳米颗粒（AgNPs）、氧化铝颗粒（Al₂O₃）、二氧化硅颗粒（SiO₂）等。

Al₂O₃@BNNS/EP复合材料的导热性能、热传导模型

2、氮化硼与一维填料：“线-面”结合

一维填料具有管状或者线状的结构，BN与一维导热填料是以“线-面”形式相结合，作为连接高分子基体与h-BN的“桥梁”，使得复合材料内部导热网络更加致密，降低界面热阻，提升热传导效率。

常见与h-BN杂化的一维导热填料有碳纳米管（CNT）、碳化硅纳米线（SiCNW）、银纳米线（AgNW）、芳纶纳米纤维（ANF）、碳纤维（CF）等。

PVDF/BN/CNT复合材料的制备及导热性能

3、氮化硼与二维填料：“面-面”结合

二维材料具有片状结构，BN与二维填料复合的研究主要以氧化石墨烯(GO)居多。二者界面结合紧密，声子谱匹配好，界面热阻低，可协同提升面内导热性能。填料的紧密堆积增强了面内和面外的热传递性能，导热各向异性逐渐消失。

复合材料的热导率随杂化填料含量的变化关系

4、多元导热填料

h-BN与多种导热填料进行杂化组合已成为研究热点。导热填料种类递增使得导热路径更为复杂，促进了热能快速传输，并可赋予材料多种功能，如：阻燃性和疏水性。但随着导热填料种类增多，填料之间架构的不确定因素也随之放大。

h-BN@(Ag/Cu)填料的结构及热传导机制

二、三维导热网络构建

虽然不同粒径及形貌的复合填料可以有效促进材料内部导热路径的形成，但是填料的引入会导致界面热阻的增加。而构建3D导热网络，不仅能减少填料与基体之间的接触面积、降低界面热阻，还能建立连续稳定的导热网络，实现在低含量填料下高效提高复合材料导热性能。

当前常见的三维导热网络的构建方法主要有4种：

1、模板法：结构可控，易于操作

模板法在构建复合材料的三维结构方面应用广泛。优势在于可以精确调控网络结构，适用于多种填料和基体，且操作简单易行，但无法大幅提升填料含量。

①冰模板法

利用定向冷冻水溶液时冰晶会按照特定方向取向的性质来构筑三维导热网络。因其简单易操作而被广泛应用。

冰模板法制备过程及制造的三维网络支架的形态

②泡沫模板法

以泡沫为简单模板，以高导热填料为主体，利用浸渍技术将液态聚合物浸渍到预制负压形成的三维网络结构中，通过机械压缩对导热网络进行致密化和定向化，制备多功能应用的高性能导热复合材料。

泡沫模板法制备示意图

③牺牲模板法

去除初始模板制备三维互连导热网络结构，已有大量研究工作利用盐和水溶性糖作为牺牲模板来制备导热复合材料的三维网络结构。

盐模板法制备的三维网络导热材料

2、自组装法

基本结构单元(分子、纳米材料、微米或更大尺度的物质)基于非共价键的相互作用下自发形成有序结构的一种技术。较之模板法更为简便、成本低，且填料含量上限更高。但会引入粘结剂或者高导电性填料，影响绝缘性能。

自组装法制备三维网络导热材料

3、热压法

利用加热加压构建3D网络结构的定向排列，可有效提高导热性以及机械强度，一般通过机械力干扰来完成。热压过程的参数可调控性较强，可以实现取向控制，适用于多种材料体系且热压可以强化材料内部的结构稳定性。

4、3D打印法

是一种无模直写成型技术，具有设计自由度高、成本低、速度快等有点。且过程中发生的熔融挤出和剪切流动使BNNSs在聚合物基体中高度取向，表现出更好的机械强度和导热增强效果。该技术已在科研与工业制造中得到广泛应用。

5、其他构建方法

当前一些创新的三维网络构建技术（如静电纺丝、力化学法等）可显著提高材料热导率，并同时改善力学、电学等其他性能。然而，这些方法的效果存在差异，且面临通用性不足或实验条件要求较高等局限。

参考文献：

[1] 查俊伟,李鑫,万宝全,等.氮化硼改性聚合物基高导热复合材料研究进展[J].高电压技术,2023.

[2] 柯雪,董姗,刘婵玉,等.氮化硼功能化改性高分子导热复合材料的制备及性能研究进展[J].高分子材料科学与工程,2024.

[3] 许一昊,许平凡,章培昆,等.三维网络氮化硼/聚合物导热复合材料的研究进展[J].复合材料学报,2025.

粉体圈七七