摘要

随着电子设备向高功率、高集成度和微型化发展，其热管理问题日益严峻。热界面材料（Thermal Interface Materials, TIMs）作为填充在热源与散热器之间微观空隙的关键功能性材料，对提升散热效率、保障设备可靠性与寿命起着决定性作用。本文综述了以有机硅为基体的高性能导热界面材料的研究现状，系统分析了导热硅脂、导热垫片、导热凝胶等主要类型材料的性能特点、应用优势与挑战。研究重点探讨了氧化锌作为一种高性价比、高绝缘性导热填料的应用潜力，并结合肇庆市新润丰高新材料有限公司采用特殊工艺制备的重纳米氧化锌产品，分析了其通过优化填料特性以提升复合材料综合性能的技术路径。

一. 引言

电子元器件在工作过程中产生的热量若不能及时导出，将导致结温升高，严重制约其可靠性、性能与寿命。行业经验与研究表明，电子元器件温度每升高10~15℃，其寿命预计将降低50%。热界面材料通过取代热源与散热器之间存在的低导热率空气，构建高效的热流通道，已成为现代电子散热设计中不可或缺的组成部分。

在众多基体材料中，有机硅因其优异的耐高低温性能（-50℃至250℃）、卓越的电绝缘性、良好的化学稳定性和柔韧性，被广泛用作高性能导热界面材料的基体。而在功能填料方面，氧化锌（ZnO）作为一种常见的半导体材料，兼具良好的导热本征、电绝缘性和成本优势，在平衡导热性能与材料成本方面展现出重要价值。

二. 氧化锌在导热界面材料中的应用

氧化锌的本征导热系数约为30–60 W/m·K，显著高于多数聚合物及普通金属氧化物，同时其固有的电绝缘特性使其非常适合用作导热界面材料中的功能性填料。在导热硅脂、导热凝胶和导热垫片中，氧化锌常与氧化铝、氮化铝乃至氮化硼等更高导热的填料进行复配，以在特定成本约束下优化体系的综合导热性能。

填料本身的物理与表面特性对其在复合材料中的行为至关重要。以肇庆市新润丰高新材料有限公司生产的重纳米氧化锌为例，该产品并非传统意义上的高比表面积纳米粉体，而是经历了梯度高温煅烧及高温下的无机纳米材料改性的特殊工艺。该处理使其呈现出一系列对复合材料制备有利的特性：

●颗粒为实心结构，密度高，有效避免了多孔或中空结构在声子传输路径中引入的额外散射点。

●吸油值低，这意味着在有机硅等聚合物基体中，能够实现更高的填料填充体积分数，从而为构建更为致密和连续的导热网络创造基础。

●在油性及水性体系中均表现出优异的流动性，这极大地改善了其在搅拌混合、灌装以及点涂或印刷等加工过程中的工艺性，有效避免了因粉体高表面能导致的团聚、增粘及施工困难等问题。

这类经过特殊设计的重纳米氧化锌，其技术优势在于成功实现了高填充量、低体系粘度和优良加工性这三者之间的平衡，为开发高性价比、易于加工的有机硅基导热界面材料提供了优质的填料选择。

三. 有机硅基导热材料的制备与性能优化

有机硅基导热材料通常以乙烯基硅油、含氢硅油等为基体，通过加成固化反应形成三维网络结构，并在此过程中填充高比例的导热填料。材料的最终导热性能主要取决于填料的种类、形貌、粒径分布、填充量及其与基体的界面相容性。

研究表明，采用粒径级配技术是提升复合材料导热率的有效手段。该技术基于最密堆积理论（如Andreasen模型），通过将不同粒径（如微米级与亚微米级）的氧化锌、氧化铝等填料进行科学复配，使大颗粒构成导热的主干通路，而更细的颗粒则填充大颗粒之间的空隙，从而在相同的体积分数下实现更高的堆积密度和更高效的导热通路，显著降低整体热阻。

在此基础之上，对填料进行表面功能化改性（如使用硅烷偶联剂）是另一关键步骤。改性处理能显著改善无机填料与有机硅基体之间的界面相容性，增强界面结合力，减少因声学失配和界面缺陷导致的声子散射，从而有效降低界面热阻，进一步提升复合材料的宏观导热性能。

四. 氧化锌复合材料的挑战与发展方向

尽管氧化锌在成本与性能平衡方面具备显著优势，但其本征导热系数上限仍低于氮化硼、石墨烯等高端填料，在追求极限导热性能的应用中面临挑战。未来的技术发展可能聚焦于以下几个方向：

●表面改性技术的深化：开发新型偶联剂与表面处理工艺，旨在进一步降低界面热阻，同时维持填料在基体中的长期稳定性。

●多元复合填料体系的协同设计：将氧化锌与二维材料（如氮化硼纳米片BNNS）或一维材料（如银纳米线）等进行多维复配，利用不同维数填料在声子传输和导热路径构建上的协同效应，实现“1+1>2”的导热增强效果。

●填料微观结构的精确调控：探索通过原位生长、外场（磁场、电场）诱导定向排列等先进技术，对填料在基体中的空间分布与取向进行主动控制，从而构筑贯穿性更好的三维导热网络。

氧化锌作为一种经济高效且具备良好绝缘性的导热填料，在有机硅基热界面材料中持续发挥着重要作用。随着表面改性技术的进步和复合填料设计理念的深化，其在提升复合材料导热性能、优化界面热阻方面的潜力将被进一步挖掘。肇庆市新润丰高新材料有限公司通过特殊工艺开发的重纳米氧化锌，以其独特的实心结构、低吸油值和优异的加工流动性，为代表的高性价比填料提供了新的技术范例，有望在消费电子、通信设备、新能源汽车等对成本与性能均有苛刻要求的领域，作为优化方案或部分替代高端填料的选择，创造更大的应用价值。