一、概述

通常，氧化鎂以片狀晶體形式存在，然而，一些特殊的形貌在許多方面具有有效的應(yīng)用。特別是球形氧化鎂，它在許多領(lǐng)域中都表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，如色譜法中作為固定相材料，可以作為有毒物質(zhì)的吸附材料，還可以添加到塑料中以提高其導(dǎo)熱性。

二、導(dǎo)熱填料的類型

聚合物材料的導(dǎo)熱率通常較低，大部分常見(jiàn)材料的熱導(dǎo)率在0.3W/m·K左右。因此，為了提高聚合物的導(dǎo)熱性能，需要在其中填充導(dǎo)熱填料。通過(guò)均勻混合導(dǎo)熱系數(shù)較高的填料和聚合物基體，可以形成相互接觸的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而改善聚合物的導(dǎo)熱性能。

導(dǎo)熱填料主要分為三種類型：炭基材料、金屬材料和非金屬無(wú)機(jī)材料。

1、炭基材料

一些炭基材料的導(dǎo)熱率明顯高于金屬材料和非金屬無(wú)機(jī)材料。由于其微觀結(jié)構(gòu)獨(dú)特，炭基材料的導(dǎo)熱性能具有各向異性。以石墨為例，它具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)電子和聲子的雙重機(jī)制進(jìn)行熱傳導(dǎo)，因此具有較好的導(dǎo)熱性能和較低的價(jià)格。

2、金屬材料

金屬材料是公認(rèn)的優(yōu)良導(dǎo)熱體，不僅在填充聚合物材料方面，而且在航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。金屬材料內(nèi)部存在大量的自由電子，這些自由電子的自由移動(dòng)是金屬材料導(dǎo)熱的主要機(jī)制。然而，由于金屬材料的密度較大，與高分子聚合材料的混合難度較大，這限制了它在高分子材料導(dǎo)熱填料方面的應(yīng)用。

3、非金屬無(wú)機(jī)材料

非金屬無(wú)機(jī)材料主要以聲子導(dǎo)熱為主，其導(dǎo)熱系數(shù)一般低于炭基材料和金屬材料。但是這些材料通常具有較好的絕緣性，這一點(diǎn)是其他材料不可及的。常見(jiàn)的非金屬無(wú)機(jī)填料包括金屬氮化物如BN、AlN和金屬氧化物如MgO、Al2O3等。

在氧化物中，常用的填料是氧化鋁和氧化鎂。雖然氧化鋁的導(dǎo)熱性能較低，但其成本不高，因此在應(yīng)用中較為廣泛。相比之下，氧化鎂的導(dǎo)熱系數(shù)雖然低于氮化硼，但高于氧化鋁，且成本較低，因此在導(dǎo)熱填料方面的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。

三、不同填料形貌對(duì)導(dǎo)熱性能的影響

在棒狀或具有一定長(zhǎng)徑比的片狀結(jié)構(gòu)填料中加入聚合物材料，有助于形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。然而，這種類型的填料在加工過(guò)程中會(huì)發(fā)生取向分布，即棒狀結(jié)構(gòu)的方向不一致，這會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生各向異性，加工方向的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于垂直加工方向的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)填料的取向盡可能一致是提高復(fù)合材料導(dǎo)熱效率的關(guān)鍵。

相比之下，由于球形結(jié)構(gòu)的各向同性，球形氧化鎂填料對(duì)提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能具有顯著優(yōu)勢(shì)。此外，球形氧化鎂粉體顆粒的粒徑較小且分布均勻，表面形貌規(guī)則，可以顯著改善粉體的流動(dòng)性和分散性，較好地消除團(tuán)聚現(xiàn)象對(duì)性能的影響。因此，在設(shè)計(jì)和制備過(guò)程中使用球形氧化鎂填料以增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能是非常明智的選擇！