近年來，以半導(dǎo)體元件為代表的電子器件尺寸越來越小，發(fā)熱量不斷提高，同時(shí)伴隨而來的電磁干擾問題也越來越嚴(yán)重。使用導(dǎo)熱吸波材料可以有效降低電子零部件的工作溫度，同時(shí)減少或屏蔽其產(chǎn)生的電磁雜波?；谑袌鲂枨?，行業(yè)內(nèi)部總結(jié)出導(dǎo)熱吸波材料應(yīng)具備的基本性能特征，如表1 所示。

表1 導(dǎo)熱吸波材料的性能需求指標(biāo)

1.1 實(shí)驗(yàn)探索階段

導(dǎo)熱吸波材料整體研發(fā)思路大致相同，即向高分子基體中添加功能填料使材料具有導(dǎo)熱或吸波功能。吸波材料通常在基體中添加鐵氧體、羰基鐵、羥基鐵、羥基鎳、羥基鈷、導(dǎo)電聚苯胺、鈦酸鋇、石墨、碳纖維等吸波劑以獲得優(yōu)異的吸波性能，但填料與基體的導(dǎo)熱系數(shù)普遍偏低。導(dǎo)熱材料目前多采用氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氮化硅、氮化硼等絕緣填料，這些填料均不具備吸波功能。各研發(fā)單位通常在前期導(dǎo)熱材料、吸波材料的研究基礎(chǔ)上，通過在基體材料中混合加入傳統(tǒng)導(dǎo)熱填料和吸波劑，獲得兼具導(dǎo)熱、吸波功能的材料。

然而，由于橡膠等基體材料中功能填料的加入總量存在上限，某種(導(dǎo)熱、吸波)填料添加量的提升必然造成另一種功能填料添加量的降低，使得導(dǎo)熱吸波材料的導(dǎo)熱性能與吸波性能存在此消彼長的矛盾，難以實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)熱性能和吸波性能的同步提升。目前導(dǎo)熱吸波材料的研發(fā)只能通過綜合協(xié)調(diào)兩種填料的添加比例來平衡材料的導(dǎo)熱、吸波兩種性能指標(biāo)，無法滿足敏感電子器件對材料兼具電磁波吸收功能和高效熱傳導(dǎo)能力的要求。

導(dǎo)熱吸波材料的研發(fā)方法較為簡單、常規(guī)，但制備出的導(dǎo)熱吸波材料難以實(shí)現(xiàn)高效熱傳導(dǎo)性能和強(qiáng)電磁波吸收的兼容。國內(nèi)外學(xué)者從導(dǎo)熱、吸波單一功能材料的開發(fā)思路出發(fā)，尋找產(chǎn)生問題的原因，發(fā)現(xiàn)在材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要材料內(nèi)的吸波成分充分分散、隔離，以提高吸波效果、拓寬頻率范圍，而要提高材料的導(dǎo)熱性能，要求材料內(nèi)部高連續(xù)、低缺陷，形成熱通路網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料的導(dǎo)熱、吸波應(yīng)用在結(jié)構(gòu)方面存在設(shè)計(jì)矛盾，特別是導(dǎo)熱填料的加入還會影響吸波劑功能的發(fā)揮，不利于材料吸波性能的設(shè)計(jì)，增加了導(dǎo)熱吸波材料的開發(fā)難度和成本，延長了開發(fā)周期。同時(shí)，導(dǎo)熱吸波材料主要是由導(dǎo)熱填料、吸波劑以及橡膠高分子基體組成，當(dāng)導(dǎo)熱劑和吸波劑的含量較高時(shí)，會帶來如材料的黏度增大、成型困難和成本提高等諸多問題，影響其在實(shí)際中的應(yīng)用。

針對材料導(dǎo)熱和吸波性能的影響因素較多且不同因素之間存在交叉作用的情況，該領(lǐng)域?qū)W者通過研究功能填料組分、顆粒尺寸、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及成型工藝參數(shù)等多因素之間的影響關(guān)系，綜合分析各因素共同作用對材料性能的影響，試圖獲得具有實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值的調(diào)控機(jī)制和方法。

Zivkovic 等采用氮化硼(BN) 作為功能填料，利用 BN的高導(dǎo)熱特性以及電磁參數(shù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，制備兼具導(dǎo)熱和吸波功能的環(huán)氧樹脂基材料，通過粉體直接添加、機(jī)械混合、高溫固化等工藝完成了環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱吸波材料的制備，并與現(xiàn)有成熟產(chǎn)品性能進(jìn)行對比，最終制備出的材料的導(dǎo)熱系數(shù)和電磁參數(shù)如表2 所示。

表2 負(fù)載不同 BN含量的環(huán)氧樹脂熱導(dǎo)率和復(fù)介電常數(shù)

Zou 等以氧化鋁粉作為導(dǎo)熱劑，羰基鐵粉作為電磁波吸收劑，烯基硅油和含氫硅油為黏接劑制備導(dǎo)熱吸波硅橡膠，研究羰基鐵粉和氧化鋁粉的配比對硅橡膠硫化前黏度、硫化后導(dǎo)熱和吸波性能的影響，為導(dǎo)熱吸波材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。制備的導(dǎo)熱吸波材料的導(dǎo)熱系數(shù)為2Ｗ/(ｍ·K)，熱阻抗為 6℃·cm2/Ｗ，在5~15 GHz的頻率范圍內(nèi)反射率小于-5db，樣品的顯微形貌圖片如圖1 所示。

圖1 (ａ)氧化鋁、(ｂ)羰基鐵、(ｃ)Ｗ-4 的掃描電鏡圖和(ｄ)Ｗ-4 的放大圖

Wang 等開發(fā)出一系列導(dǎo)熱型電磁波吸收片，在不改變設(shè)備 PCB設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過排除界面空氣、提升散熱效率來解決設(shè)備的過熱問題，同時(shí)通過吸波功能解決設(shè)備內(nèi)部或設(shè)備之間的電磁干擾行為，具有操作簡便、效果顯著的特點(diǎn)(圖2)，驗(yàn)證了導(dǎo)熱吸波材料的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。