实际加工表面，都不可避免存在粗糙，当两个固体表面接触时，不可能实现完全贴合，界面之间必然残留微小空气隙。而空气的导热系数极低，仅约 0.024 W/(m·K)，这些空气隙会显著抬高界面处的接触热阻。热界面材料（TIM，Thermal Interface Material）是用于填充发热器件与散热器件之间微观空隙、以降低接触热阻并提升整体散热效率的一类材料，其中高填充复合弹性体是常见体系之一，即在柔性聚合物基体中引入高体积分数导热填料，以兼顾可压缩性与导热能力。

TIM按应用场景分为TIM1（芯片与金属封装外壳之间，直接接触热源，要求最高导热性能的聚合物基复合材料），TIM2（外壳与散热器间，无电绝缘要求，多为碳基材料），图片来源：参考资料3

在TIM的研发与选型过程中，导热率几乎成为默认的首要评价指标。在实验室条件下，只要一块毫米级厚度的样品能够测得较高的导热率，往往就被认为具备良好的应用潜力。然而在真实电子器件中，无论是移动终端还是高性能计算系统，热界面材料的工作厚度通常只有几十到一百微米，这使得实验室条件下获得的体导热率数据在实际应用中往往难以直接复现。这种基于毫米级样品建立的评价逻辑，在百微米尺度下是否仍然适用，一直缺乏系统性的实验验证。

一项发表于《Nano Letters》的研究（文章题目见参考资料2）首次探讨了此类复合材料的厚度依赖性宏观性能，并基于特定性能区分了薄膜型和块体型行为。研究团队以高填充铝粉（体积分数约90%）的硅橡胶复合材料为模型体系，制备了厚度从约70微米到1500微米的一系列样品，并对其力学与热学行为进行了对比分析。

结果表明，材料性能随厚度变化并非连续演化，而是在两个关键尺度发生跃迁。当厚度大于约800μm时，拉伸强度与断裂伸长率基本不随厚度变化，表现出典型的块体型行为；当厚度低于该值，力学性能迅速下降，材料逐渐呈现脆化趋势。

相比之下，面外热导率仅在厚度进一步降低至约200μm以下时才出现明显增强。这一厚度区间内，材料由块体型行为转入薄膜型工作状态，其热–机械响应开始受几何约束与微观结构重构主导，表现为导热增强而力学性能与可靠性同步劣化，包括屈服特征消失及断裂模式由韧性向脆性转变。

图片来源：参考资料2

小结:

热界面材料并不存在脱离尺度的“绝对应用性能”。当厚度被压缩至百微米量级时，高填充复合弹性体的力学与热学行为会发生重构：块体尺度下稳定的性能关系被打破，导热增强可能与力学退化和可靠性下降同时出现。此时，界面热阻与力学可靠性的协同表现，才是评价材料是否“好用”的真实标准。

参考资料：

1、公众号·Pastel Mirage｜实验室的“厚”数据，骗了工程师二十年？这篇论文揭开了热界面材料最隐秘的真相

2、Thickness-Dependent Macroscopic Properties of Highly Filled Composite Elastomers: Role of Hierarchical Filler Network and Viscoelastic Behavior

3、公众号·华夏蓝科技｜热界面材料TIM 1、TIM 1.5、TIM 2

粉体圈编辑：粉体圈Alpha