摘要：導熱聚合物復合材料由沿著特定方向定向的填料組成，形成熱流通道。然而，控制這些填料取向的傳統方法是高成本的能源密集型的，并且需要進行表面修飾，這會降低材料的質量和性能。現在，韓國研究人員已經開發出一種節能的方法來控制填料的取向，且無需進行表面修飾，從而提高導熱性。由于具有質輕、柔韌和加工靈活性等優勢，導熱聚合物復合材料常被用做熱界面材料（TIM）填充在電子設備芯片/熱源和散熱器之間，從而將熱源產生的熱量傳導到散熱器，進而擴散至周圍環境。

圖1：導熱聚合物TIM材料應用示意圖

散熱器水平放置在電子產品熱源頂部，通常要求熱源與散熱器之間的 TIM 材料具有較大的軸向熱導率，才能提供較高的導熱效率。由于六方氮化硼 (h-BN) 具有較高的面內熱導率 (～400 W/m?K)，通過引導 h-BN 填料在軸向上取向來實現結構化熱傳導路徑，制造垂直排列的 h-BN 高效導熱 TIM 材料獲得青睞。

圖2：六方氮化硼 (h-BN)的結構

目前，改變導熱填料的取向方向依然采用能源密集型的傳統工藝，需要使用電/磁場和表面修飾工藝，這除了大幅增加取向導熱聚合物材料的成本，還可能會損害填充物的質量和熱性能。現在，韓國釜山國立大學的 Chae Bin Kim 教授和他的團隊宣布已經開發出一種節能的工藝，可以改變填料的排列方向，而不需要進行表面修飾。研究論文已于 2022 年 10 月17 日在網上公布，并將于 2023 年 1 月 1 日發表在《聚合物測試》雜志的第 117 卷。

圖3：改變導熱填料取向的節能方法，研究成果發表在《Polymer Testing》

論文中所提出的節能工藝利用了熱泳方法，是一種利用溫度梯度使懸浮在流體介質中的固體顆粒發生移動或旋轉的現象。為了制備導熱取向聚合物復合材料，研究人員將六方氮化硼（h-BN）填料顆粒懸浮在一種紫外線固化的液體中，并將其涂在兩塊玻璃板之間，然后沿著薄膜厚度方向施加一個溫度梯度，使填料顆粒旋轉，并沿著施加的溫度梯度重新排列。在達到所需的取向方向時，對復合材料進行光固化，從而形成具有固定填料方向的固體復合材料，形成結構化傳熱途徑。

圖4：六方氮化硼（h-BN）填料顆粒在溫度梯度中發生垂直取向排列（圖片來源：Pusan National University）

Chae Bin Kim 教授表示，據他們所知，他們目前的研究是利用熱泳技術控制各向異性填料顆粒獲得取向的第一個實驗證明。他們所提出的方法有可能降低制造導熱聚合物復合材料的能耗成本。此外，通過避免表面修飾，可以開發出高效的導熱聚合物復合材料，以改善散熱和延長電子產品的壽命。