陶氏進(jìn)軍電磁屏蔽市場，押寶導(dǎo)（散）熱材料。隨著5G浪潮的來襲，電子行業(yè)先進(jìn)材料也迎來了發(fā)展機(jī)遇。散熱是電子設(shè)備正常運(yùn)行必須克服的問題，對電子設(shè)備來說，導(dǎo)熱材料、器件是不可缺少的關(guān)鍵。在儲(chǔ)能材料的設(shè)計(jì)、制備中，材料的導(dǎo)熱性也是需要考慮的重點(diǎn)。那么，目前的導(dǎo)熱材料有哪些？導(dǎo)熱材料的發(fā)展趨勢如何？本期帶你一文了解導(dǎo)熱材料，歡迎大家討論交流。

      導(dǎo)熱材料主要用于解決電子設(shè)備的散熱問題，用于發(fā)熱源和散熱器的接觸界面之間，通過使用導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于空氣的熱界面材料，提高電子元器件的散熱效率。由于空氣是熱的不良導(dǎo)體，不能有將發(fā)熱元器件散發(fā)的熱量有效傳導(dǎo)，會(huì)影響器件工作穩(wěn)定性及使用壽命。導(dǎo)熱材料與器件的功能是填充發(fā)熱元器件與散熱元器件之間的空氣間隙，提高導(dǎo)熱效率。

      導(dǎo)熱材料

      導(dǎo)熱材料分類眾多，目前廣泛應(yīng)用的導(dǎo)熱材料包括合成石墨材料、導(dǎo)熱填隙材料、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱硅脂、相變材料等。

      不同導(dǎo)熱材料特點(diǎn)

      對于電子器件而言，高分子絕緣材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和易改性、易加工的特點(diǎn)，使其具有其他材料不可比擬、不可取代的優(yōu)異性能。但是一般高分子材料都是熱的不良導(dǎo)體，其導(dǎo)熱系數(shù)一般都低于 0.5 Wm-1K-1。一些常見的高分子在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)如下表所示。

      常見高分子材料導(dǎo)熱系數(shù)

      按制備工藝導(dǎo)熱高分子聚合物材料可以大致分為兩大類：本征型導(dǎo)熱聚合物和填充型導(dǎo)熱聚合物。

      本征型導(dǎo)熱聚合物材料是指在合成及成型加工聚合物的過程中通過改變分子和鏈節(jié)結(jié)構(gòu)，或者通過外力的作用改變分子和分子鏈的排列來獲得特殊物理結(jié)構(gòu)，從而提高材料的導(dǎo)熱性能。但是，目前想制備這種本征型導(dǎo)熱高分子材料比較困難且成本高。

      本征型導(dǎo)熱聚合物材料的制備有以下幾種主要途徑：

     （1）合成具有高導(dǎo)熱的共軛結(jié)構(gòu)聚合物。如聚乙炔、聚苯胺和聚噻吩等，通過電子導(dǎo)熱機(jī)制實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)。

     （2）通過外界的模壓或者定向拉伸，以及外加電場或者磁場等外力使小分子單體在聚合的時(shí)候有序排列，從而增加其聚合物的有序性和結(jié)晶度，進(jìn)而通過聲子振動(dòng)來獲得本征型導(dǎo)熱絕緣高分子材料。

     （3）在制備聚合物材料的時(shí)候，盡量減少材料內(nèi)部的缺陷，從而通過減少聲子散射來提高材料本征導(dǎo)熱系數(shù)的方法。

     （4）可以通過化學(xué)合成剛性鏈或者容易結(jié)晶的小分子單體或者在分子鏈上引入液晶結(jié)構(gòu)，這樣的小分子單體聚合以后可以使聚合物的結(jié)晶度或者分子間的作用力增強(qiáng)，從而提高聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)。

      顧名思義，填充型導(dǎo)熱高分子材是通過向聚合物基體中添加高導(dǎo)熱填料的方法來制備。相對制備本征型導(dǎo)熱聚合物材料，其加工工藝簡單，操作過程容易掌握，加工成本低廉，經(jīng)適當(dāng)工藝處理可用于某些特殊領(lǐng)域，可進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。因此目前國內(nèi)外導(dǎo)熱聚合物材料的研究主要集中在填充型導(dǎo)熱聚合物材料。

      目前用于制備高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的傳統(tǒng)導(dǎo)熱填料主要可以分為以下幾種：（1）金屬類填料，如銅、銀、金、鎳和鋁等。（2）碳類填料，如無定形碳、石墨、金剛石、碳納米管和石墨烯等。（3）陶瓷類填料，這類填料是用的最多的一類，如氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化鎂 (MgO)、氧化鈹(BeO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)、氧化硅(SiO2)等。后續(xù)將陸續(xù)介紹具體導(dǎo)熱高聚物相關(guān)研究進(jìn)展及改性方法。

      導(dǎo)熱行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈：從材料到器件

      導(dǎo)熱材料是導(dǎo)熱器件的上游原料，器件是在材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的二次開發(fā)。上游原料材料包括石墨，PI膜，硅橡膠，塑料粒子等，下游應(yīng)用主要集中在消費(fèi)電子、通信基站、電動(dòng)電池等領(lǐng)域，包括通訊、計(jì)算機(jī)、手機(jī)終端、汽車電子、家用電子、國防軍工等。

      導(dǎo)熱材料及器件行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

      導(dǎo)熱材料行業(yè)具有較高的進(jìn)入壁壘，此類產(chǎn)品在終端中的成本占比并不高，但其扮演的角色非常重要，因而供應(yīng)商穩(wěn)定性較好、獲利能力穩(wěn)定。所謂的壁壘可簡單理解為技術(shù)壁壘和供應(yīng)商認(rèn)證壁壘。技術(shù)壁壘就是材料研發(fā)的資金投入及專利技術(shù)積累。與多數(shù)材料化工行業(yè)相類似，導(dǎo)熱材料行業(yè)的供應(yīng)商一旦進(jìn)入其體系，輕易不會(huì)更換。

      國際市場上，導(dǎo)熱材料行業(yè)已經(jīng)形成了相對比較穩(wěn)定的市場競爭格局，主要由國外的幾家知名廠家壟斷，導(dǎo)熱材料主要由貝格斯、萊爾德、羅杰斯、松下等歐美和日本企業(yè)壟斷。合成石墨產(chǎn)品的高端客戶市場主要由日本松下、中石科技和碳元科技支撐。

      國際上知名導(dǎo)熱材料廠商

      在國內(nèi)市場方面，我國導(dǎo)熱材料領(lǐng)域起步較晚，在巨大的市場需求推動(dòng)下，近年來生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量迅速增加，但絕大多數(shù)企業(yè)品種少，同質(zhì)性強(qiáng)，技術(shù)含量不高，產(chǎn)品出貨標(biāo)準(zhǔn)良莠不齊，未形成產(chǎn)品的系列化和產(chǎn)業(yè)化，多在價(jià)格上開展激烈競爭。（后續(xù)機(jī)會(huì)介紹國內(nèi)導(dǎo)熱材料相關(guān)企業(yè)。）

      行業(yè)市場趨勢

      消費(fèi)電子走向小型化、輕薄化、智能化，5G商用帶來的通信基站設(shè)備投入，以及動(dòng)力電池的蓬勃發(fā)展有望大幅拉動(dòng)導(dǎo)熱材料需求。經(jīng)測算，2017年僅智能手機(jī)和平板電腦市場，所需的合成石墨導(dǎo)熱材料就達(dá)到將近百億規(guī)模。據(jù)BCC預(yù)測，全球界面導(dǎo)熱材料的市場規(guī)模將從2015年的7.64億美元提高到2020年的11億美元，復(fù)合增長率可達(dá)7.1%。

      全球?qū)峤缑娌牧弦?guī)模預(yù)測（來源：BCC Research）

      綜合來看，導(dǎo)熱材料潛在需求十分廣闊。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，硬件設(shè)備的泛智能化時(shí)代到來，高精密度的智能手機(jī)、筆記本電腦等產(chǎn)品對導(dǎo)熱等需求不斷強(qiáng)烈；此外5G的建設(shè)將會(huì)帶來大量的基站建設(shè)投入，導(dǎo)熱產(chǎn)品在通信領(lǐng)域同樣有著廣泛應(yīng)用；而在新興領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)中心、汽車電子的應(yīng)用需求不斷展開，將會(huì)為對應(yīng)導(dǎo)熱材料產(chǎn)品帶來更廣闊的應(yīng)用市場空間。