在5G通訊、新能源汽車、高性能晶片等領域，高效率散熱已成為限制技術發展的關鍵瓶頸。傳統聚合物基導熱材料(如矽膠、環氧樹脂)的導熱係數僅0.1~0.3 W/(m·K)，遠遠無法滿足需求。當透過添加導熱填料來提高導熱係數時，常會遇到填料團聚、界面熱阻大、滲油等問題。此時，表面改質技術應運而生，成為破解導熱材料性能瓶頸的「金鑰匙」！
導熱填料為何需要“表面改質”
導熱填料的表面性質直接影響其在基體中的分散性和界面結合性。例如，氧化鋁雖然成本低廉，但其高極性表面與有機基質（如環氧樹脂）的相容性較差，導致顆粒團聚、界面空隙增加，最終降低熱傳導率。
如何改質導熱填料的表面
填料改質的方法很多，包括物理改質和化學改性，但應用最廣泛、最有效的改質方法是化學改性，主要有偶聯劑改質、酯化反應改質和表面接枝改質等。
1.物理改質法
物理方法主要有機械力分散、超音波分散、高能量處理等。這些方法可以透過機械研磨、球磨、砂磨、高速攪拌等將顆粒與聚合物進行機械共混，形成無機/有機複合材料。
2.化學改質法
偶聯劑改質是將偶聯劑上的有機分子鍵結到無機粉體表面。無機粉體的表面自由能降低，團聚現象減少，與有機基質的相容性增加。一般有矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑等。
酯化反應是無機粉體表面的羥基與改質劑中的羧基或醇羥基反應，使有機分子連接到粉體表面，從而降低粉體表面的極性。
表面接枝改質是指將表面帶有活性基團的無機粒子分散到引發單體中，在引發劑的作用下，單體在無機粒子表面聚合形成包覆層。表面接枝聚合物包括聚甲基丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、超支化聚合物等。
隨著科學技術的快速發展和各領域對材料性能要求的不斷提高，導熱填料的技術發展呈現出多樣化趨勢，為滿足未來複雜應用情境的需求奠定了堅實的基礎。
智慧設計是導熱填料技術發展的重要方向。傳統的導熱填料研發往往依賴大量的實驗和經驗，流程繁瑣、效率低。透過建立機器學習模型，可以分析和學習大量的實驗數據和理論計算結果，預測不同形貌的導熱填料與熱導率之間的關係。
多功能整合也是導熱填料技術發展的必然趨勢。在現代電子設備中，例如智慧型手機和筆記型電腦，材料不僅需要具有良好的導熱性，還需要具有絕緣和電磁屏蔽等多種性能。為了滿足這些需求，研究人員可以透過將導熱填料與絕緣材料、電磁屏蔽材料等複合來實現多種功能的整合。
導熱填料的研究正從單一的性能最佳化朝向多功能複合、綠色化方向發展。隨著奈米技術及製備技術的突破，導熱材料將在5G通訊、新能源汽車等領域發揮更關鍵的作用。未來需進一步解決成本、性能平衡、環境相容等問題，才能實現大規模的產業化應用。