上海医疗器械展|高分子材料导热机理
2025-07-09
图片来源：高分子料理屋
在电气绝缘材料中没有自由电子，能量通过体系内部的声子进行传递。在温度较高时，材料内部的声子碰撞速度增加，碰撞散射加剧导致体系中热量传递减慢。声子作为热能传递的载体对导热系数的影响也与其自身在体系内的散乱程度有关，而散乱程度主要与缺陷和声子间的碰撞运动有关。
对于聚合物中具有结晶结构的材料而言，内部的声子存在几何散射使聚合物拥有了更高的导热系数，热传导机理如下图，聚合物中的原子同频振动，能量在晶格结构中以简谐的形式传递。聚合物的导热性能与材料内部的分子排列的紧密结构有关，含结晶结构的高分子材料的导热机理为:品格结构接触热流，导致内部晶格产生振动，振动过程将热能从受热的结构向未受热的一端传输。如果此时材料内部的结构排列紧实，热量的传输速度便可以得到大幅度提升。由于晶格结构中的分子及原子有序排列、结构紧密，因此高分子材料的导热系数与材料内部的结晶结构密切相关，通过提高材料内部分子排列的有序性来提高其导热性能是可行的。
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填充型高聚物是在材料的成型加工过程中，将高导热粒子与基体进行复合从而得到高热导率的材料。其导热机理为填料微粒在基体中连接在一起构成了导热通道热流在传递过程中绕过具有高热阻的聚合物基体直接在热阻小的导热通路中进行传递，导热粒子本身的性能、基体及界面等因素都对填充型导热高分子的热导率有很大影响。
对于填充型导热高分子材料来说，其导热系数由高分子基体与填料之间共同协作决定。下图展示了填料微粒在基体中构成导热网络的过程。开始时，导热粒子的含量低，颗粒在基体中大多是独立随机分布的，相互之间没有接触，这时热量在导热填料与基体中进行传递。填料粒子的添加量继续增多,微粒之间产生接触部分连接在一起，这时在材料内部会形成局部的导热通道。
导热颗粒的数目进一步增多，多个局部的导热通路连接在一起，在基体中构成完整的导热网状结构。这时，热流在材料内部直接通过导热填料形成的连续网状结构进行传递，材料的热导率得到大幅度提高。
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