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為什麽說超高導熱材料是被5G逼出來的？想信很多人不是很理解，开云kaiyun智能裝備做了導熱散熱領域高精密壓延機，塗布機定製服務商，今天就帶大家來解答一下，為什麽會有這樣的一種說法。
回想過去這十幾年，電子技術的迭代是坐地日行八萬裏，但是電子產品的好基友——有機矽導熱材料卻一直很佛係的徘徊在“一兩瓦算正常，三五瓦很優秀”的層次。
結果誰都沒想到，去年一年時間裏，材料技術突然飛躍，先是有了8瓦gap filler，緊接著漢高GAP PAD又突破了10W/mK大關！
不過數字是枯燥的，10W/mK這個參數也有點抽象，开云kaiyun恐怕要拿TGP HC3000這款已經上市好多年的導熱墊片做一個參照，才能更深刻理解這款新材料承載了什麽意義！
TGP HC3000主打的賣點是“S級”超軟超低模量，中高導熱係數，能cover絕大多數導熱應用場景，可以說是導熱墊片界的經典款。甚至有路邊社消息說這款產品被用在了SAMII導彈的電路上。
但是當开云kaiyun把它和10W/mK導熱墊片TGP 10000 ULM放在一起觀察，就會發現一個蠻“異常”的情況
TGP 10000 ULM vs TGP HC3000
硬度 ：基本一樣模量 ：基本一樣密度 ：基本一樣導熱率 ：TGP 10000 ULM 要高出230% ！
參考經濟學的蒙代爾不可能三角，導熱材料的不可能三角大概可以概括為：在技術路線不變的前提下“高導熱係數”、“低模量硬度”和“工藝的實現度”這三個要素很難同時達成。
複合導熱彈性體材料的不可能三角
但是，這款已經量產的、導熱率超高的、又很柔軟的TGP 10000 ULM ，看起來並不符合所謂的導熱不可能三角理論啊！
在更深入探究這個問題之前，开云kaiyun有必要先聊一下熱傳導的原理：
在金屬材料中，熱量傳導的載體是電子，這也是為什麽導電體往往同時也是很好的導熱體。
而在普通絕緣材料中，電子是不能自由移動的，那麽此時承擔熱能傳導的就是——聲子(phonon)。聲子是晶格振動的簡正模能量量子，屬於玻色子。
晶格振動的能量量子被稱為聲子由於聲子在金屬氧化物等晶體中傳播比較容易，而在有機矽等高分子化合物中的傳遞損失較大，因此在製作導熱墊片的時候人們會向高分子彈性體中添加Al2O3之類的金屬氧化物導熱填料。
當添加量比較少的時候每個填料顆粒彼此離散，不能形成有效的熱量通路，此時導熱率非常低。
隻有當填料添加量突破臨界值才能在兩個界麵之間搭起一個傳導熱量的走廊，此時從宏觀看這塊矽橡膠才能被稱為導熱墊片。
因此對於導熱複合材料而言，實現更高導熱係數的關鍵就是添加更多的導熱填料，保證在導熱墊片兩麵形成更密集的聲子傳播通路。
更高階一點的要求，導熱填料的取向應該得到有效控製，如果填料的取向相同，熱量沿著取向方向傳遞，導熱潛力將得到極大的挖掘！
所以說TGP 10000 ULM是加了更多的導熱填料才實現了導熱率300%的飆升嗎？顯然事情不會這麽簡單。
其實針對提高導熱率這個課題大量的科研機構都進行過係統的研究，他們發現，導熱填料的添加量和導熱率並不是完全線性的關係。當Al2O3等導熱填料的量達到了90wt%，導熱率就會定格在4W左右，更多的填料就對導熱率的增長沒有貢獻了。而且到了這個程度，密度和硬度也都“突破天際”，可以說此時導熱墊片成功轉型成了導熱“磚頭”。（高性能有機矽導熱材料的製備與研究_王紅玉）
Al2O3填料添加量對導熱墊片硬度的影響（有機矽導熱墊片性能的研究_王亞龍）
而如果追求極限繼續添加導熱填料，最後就會出現這種局麵。。。所以這條路隻能到此為止了。
不同添加量時填料的狀態（不同無機填料對導熱矽脂熱導率的影響研究_康永）如果從填料量入手並不能解決問題，那麽破除這個導熱不可能三角似乎隻有從改變填料體係入手了！
從產業現狀來看，比較靠譜能做為導熱填料的候選者其實也不多：
幾種非金屬導熱填料
而導熱率必須遠遠高於氧化鋁，同時又有良好絕緣性的選手就隻剩AlN氮化鋁和BN氮化硼兩位。
其實，AlN和BN已經誕生一百多年，自從上世紀80年代就一直做為明日之星備受期待。但是直到今天他們也沒挑起導熱的大旗，頂多就是充當一下氧化鋁之類主流填料的配角。
究其原因，除了貴之外，主要就是這二位的分子結構都有各自的問題，想要加以利用就必須對他們進行微觀級的表麵處理。
AlN氮化鋁的表麵處理
氮化鋁AlN的表麵極為活潑，吸潮後非常容易水解產生Al(OH)3，造成聲子通路中斷嚴重影響熱量傳導。
AlN+3H2O=Al(OH)3↓+NH3↑
有研究表明AlN的水解反應即便在較低溫度下也會發生,屬於全天候水解的選手。
40nm氮化鋁水解TEM微顯圖（AlN粉末的水解行為及抗水解性能研究_徐林煒）
但是做為電子級材料，肯定要經過雙85高溫高濕的考驗才算合格，因此這個容易水解的問題不解決就沒辦法轉化為生產力。
現在業界主流的思路是，對AlN填料表麵進行處理形成一層納米級的致密氧化層，這樣就相當於給每一顆AlN顆粒都包裹上一層雨衣，理論上吸潮水解的問題就迎刃而解了。
從實踐情況來看可以說有效果，隻是效果有限。別說雙85的1000小時測試了，往往到了第三四百小時高溫高濕就讓導熱率出現斷崖式下跌！（AlN粉末的水解行為及抗水解性能研究_徐林煒）
BN氮化硼的表麵處理
要說BN真是個優等生！導熱率高的直追金屬，但是又具備非常好的絕緣性能，人送外號“白石墨烯”。如果大量添加進矽橡膠基材必然可以憑借一己之力將導熱性能提高幾個數量級。
幾種導熱填料的導熱率及介電常數（高性能氮化硼導熱複合材料的製備及其熱管理應用_朱誌佳）
但是問題在於BN表麵缺少活潑官能團,化學性質太過穩定，這就造成BN納米顆粒很難與高分子基材浸潤相容，分散性很差，十分容易團聚。而這就會影響聲子傳導通路的有效建立。（氮化硼_聚合物導熱複合材料的進展_石倩）
有研究表明當BN添加量超過180份之後粘度急劇升高，機械性能隨之大幅下降。如果參考對於氧化鋁的表麵處理方案，就會發現BN改性處理缺乏綠色簡單高效的手段。（氮化硼填充MVQ製備導熱橡膠的研究_塗春潮/氮化硼_聚合物導熱複合材料研究進展_沈衡）
12% 納米BN/矽橡膠複合材料斷麵形貌圖（高導熱矽橡膠複合絕緣材料製備與綜合性能的研究_朱豔慧）
人才都是人才，就是都用不好……所以總結起來就是：超高導熱材料的前途是光明的，填料表麵處理的道路是曲折的。
但是等等，再回頭看一下TGP 10000 ULM——相對低的密度、大幅提高的導熱率，維持了一直以來的低模量和硬度，實現了很低的界麵熱阻同時對元器件起到了有效的應力保護——事實告訴开云kaiyun，他們真的已經攻克了這個行業難題！
TGP 10000 ULM 關鍵物性（henkel.com）
不過作為一個冷靜的材料人，开云kaiyun心裏都清楚，材料性能有突破是好事，但是性能可否長期保持穩定才是難點所在。這就類似於开云kaiyun國家可以造出高品質的單次運載火箭發動機，卻尚未突破穩定多次使用的民用航空發動機。大概就是這個意思。
據賽寶實驗室可靠性研究分析中心專家張瑩潔的反饋，目前市場化程度較高的導熱產品大都集中在氧化鋁Al2O3填料體係，采用金屬氮化物的導熱墊片產品還很少。畢竟現階段屬於超高導熱填料技術大爆發的初期，業內缺少可互相借鑒的經驗。
因此為了避免不可預知的風險，建議使用者在選擇此類“超高導熱”材料前，盡可能進行完整的可靠性評估。
中國賽寶實驗室 導熱墊片性能評估方案（rac.ceprei.com）
導熱墊片TGP 10000 ULM（henkel.com
那麽开云kaiyun再回看一下這款TGP 10000ULM墊片的可靠性數據如何呢——做滿了包括1000小時雙85等測試項目後各項參數依然沒有掉！這就是傳說中的百米衝刺的速度跑完馬拉鬆吧。
有業內人士稱，超高導熱產品的技術和理論儲備，其實包括漢高在內的歐美材料大廠在上世紀末就已經做好了。那為什麽到現在才拿出來呢？
還不是被5G逼出來的……
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