中國粉體網(wǎng)訊 隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電子元器件的幾何尺寸越來越小和高度集成化，導(dǎo)致電子元器件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不能及時地散發(fā)出去，從而影響電子元器件的性能和使用壽命。此外，新能源汽車、AI等當(dāng)今最火爆的行業(yè)也正面臨致命的“散熱”難題。
高分子材料，也稱為聚合物材料，具有優(yōu)良的電絕緣性能，易加工成型，成本低，質(zhì)量輕和耐腐蝕性能良好等特點，故而在電子電器、新能源汽車等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。通常來講，絕大多數(shù)的高分子材料本身的導(dǎo)熱性能較差，難以滿足以上領(lǐng)域所需的散熱要求。
高分子材料在20℃時的熱導(dǎo)率
導(dǎo)熱填料來幫忙
既然人造聚合物材料大多導(dǎo)熱性能都很差，那么，要生產(chǎn)出具有良好熱傳導(dǎo)特性的材料，最常用的做法是采用高導(dǎo)熱率的填料來填充聚合物。
常見的導(dǎo)熱填充物質(zhì)大致可以分為三類，第一類金屬填料，第二類陶瓷填料和第三類碳填料。
部分填料的導(dǎo)熱系數(shù)
金屬顆粒、碳材料（如石墨烯，單壁/多壁碳納米管等）雖然具有很高的本征熱導(dǎo)率而有利于聚合物導(dǎo)熱性能的提高，但這些填料往往在改變導(dǎo)熱性能的同時也改變了聚合物的電氣絕緣性能，如導(dǎo)致極高的電導(dǎo)率、較高的介電常數(shù)而不能應(yīng)用于兼具高導(dǎo)熱、優(yōu)異絕緣性能的聚合物基復(fù)合材料。因此，絕緣領(lǐng)域更多關(guān)注的是具有極高本征熱導(dǎo)率且良好絕緣性能的陶瓷填料。
在所有的陶瓷填料中，應(yīng)用較多的是氮化硼、氧化鋁和氮化鋁。氮化硼和氮化鋁的導(dǎo)熱性能極為突出，但是價格昂貴。氧化鋁相對于氮化硼和氮化鋁導(dǎo)熱性能較低，但成本低，所以應(yīng)用最為廣泛。氧化鎂的導(dǎo)熱系數(shù)雖然比氮化硼、氮化鋁要低，但比氧化鋁要高，為36W/（m·K），而且成本也不高，所以目前也逐漸成為了導(dǎo)熱填料的主流方案之一。
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氧化鎂填料，導(dǎo)熱又阻燃
氧化鎂，俗稱為苦土、也被稱作燈粉、鎂砂、鎂氧等，是一種在室溫下為白色固態(tài)的離子性化合物，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)是MgO，沒有氣味，沒有毒性，屬于立方晶系，是典型的NaCl型晶體結(jié)構(gòu)。在常壓下，純MgO熔點能夠達到2852℃，沸點也很高在3600℃左右，在25℃下其相對密度為3.58g/cm3，且具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。MgO極易溶于稀酸，不溶于水和無水乙醇。
氧化鎂晶體結(jié)構(gòu)
氧化鎂產(chǎn)品種類繁多，其中具有特殊形貌的氧化鎂粉體是近年來受到眾多學(xué)者研究的一類材料，與傳統(tǒng)不規(guī)則形態(tài)的氧化鎂相比，具有特殊形貌的氧化鎂因其特有的表面性質(zhì)從而具備了特殊的應(yīng)用。尤其是，較于一般的氧化鎂來說，球形氧化鎂的導(dǎo)熱效果更好，經(jīng)過加工后，能提升導(dǎo)熱系數(shù)到40-60W/（m·K），導(dǎo)熱率比球形氧化鋁還要高，而且能將填充比例提升，因此有著更好的性價比。
圖片來源：鎂熙生物
此外，將氧化鎂添加到塑料中除了起到導(dǎo)熱的作用，還可以起到阻燃的作用。一般塑料的阻燃性很低，很容易發(fā)生事故。比如在LED燈中，如果長時間使用LED燈，里面溫度會很高，如果不能及時放出熱量，那么就很容易發(fā)生意外。一般的阻燃劑有硼酸鋅，氧化鋁和氧化鎂。硼酸鋅的阻燃效果最好，已被大多數(shù)人接受，但是硼的儲量不高，所以價格比較高，這無疑增加了制造成本，對于企業(yè)來講是十分不利的。氧化鋁和氧化鎂來講比較容易得到，但是就兩種阻燃劑的阻燃效果來講，球形氧化鎂的阻燃效果更好，但是球形氧化鎂的制備工藝相比球形氧化鋁落后，所以現(xiàn)在氧化鋁是被廣泛使用的阻燃添加劑。但是球形氧化鎂的高性能阻燃使業(yè)界十分看好它的前景。
圖片如何制備球形氧化鎂？方法多多！
水熱法
水熱法是以水為介質(zhì)，在高溫、高壓、封閉的條件下進行反應(yīng)，制備出一種新型的氧化鎂先驅(qū)物，然后在高溫下進行焙燒，獲得球形氧化鎂粉末。
水熱法工藝流程
氣溶膠輔助法
氣溶膠輔助法是將原料溶液在氣體或者加熱等方式的輔助下，反應(yīng)形成溶膠，然后熱分解產(chǎn)生前驅(qū)體球形顆粒，這些顆粒經(jīng)過煅燒后產(chǎn)生球形產(chǎn)物。
氣溶膠輔助法工藝流程
沉淀法
沉淀法是將沉淀劑加入金屬鹽溶液中，使其在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，緩慢釋放結(jié)晶粒子，形成均勻沉淀的制備方法。
沉淀法工藝流程
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是一種將有機或無機鹽作為起始材料，在有機介質(zhì)（如乙醇）中進行溶膠-凝膠水解和縮合反應(yīng)，形成凝膠，然后將其干燥和冷卻，得到產(chǎn)品。
碳化法
碳化是往消化液中加入二氧化碳并通過抽濾分離雜質(zhì)鈣和有效提取鎂。
碳化法工藝流程
氨法
氨法是以鎂鹽及氨水為原料，通過靜態(tài)揮發(fā)實驗得到球形前驅(qū)體，再經(jīng)煅燒得到球形氧化鎂產(chǎn)品。
氨法工藝流程
噴霧干燥法
噴霧干燥是一種通過高壓氣體將溶液分散成霧狀液滴并通過熱空氣干燥來制備粉末的方法。
噴霧干燥法裝置圖
等離子體法
等離子體法是通過載氣將粉體送入高溫等離子體中，使其迅速吸收熱量，并受到表面張力的影響，球的表面（或整個）融化并凝固為球狀的液體，在進入冷卻室后，突然降溫使其凝固，得到球狀的粉體。
等離子體法裝置圖
小結(jié)
總的來說，氧化鎂是一種非常優(yōu)秀的導(dǎo)熱填料，可以顯著提高聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。而且，通過改變氧化鎂的形狀和尺寸，我們可以進一步優(yōu)化其導(dǎo)熱性能，以滿足不同場景下的應(yīng)用需求，如球形氧化鎂。這對于推動我國鎂資源的高值化利用、提升電子產(chǎn)品、新能源汽車的安全運行都具有十分重要的意義。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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