導(dǎo)熱吸波雙功能材料
導(dǎo)熱吸波材料,是指能吸收投射到它表面的電磁波能量并且反射、折射和散射都很小的一類材料,材料具有相對(duì)重量輕、不易碎、吸收頻帶寬、吸收性能好、耐候性強(qiáng)、抗老化、易彎折、易于加工切割、耐濕、耐壓、長(zhǎng)期使用、無毒環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊、紅外線熱成像儀、安防設(shè)備、醫(yī)療電子、汽車電子、航空航天、軍工電子、光模塊、集成電路、散熱片、高頻IC與RF模組。導(dǎo)熱吸波材料既降低了電子元器件和設(shè)備的電磁干擾,保證了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性,同時(shí)保證了其溫度穩(wěn)定性和電氣性能的一致性。由于該材料具有導(dǎo)熱和吸波雙功能,為電子元器件的設(shè)計(jì)提供了一種全新的解決方案,便于設(shè)計(jì)和組裝,既提高設(shè)備穩(wěn)定性的同時(shí),又降低了設(shè)計(jì)制造成本。
隨著電子設(shè)備功率密度的提高,電子器件的電磁兼容和散熱問題日趨嚴(yán)重,兼具雙功能特性的導(dǎo)熱吸波材料成為解決該問題的新趨勢(shì)。目前,該類材料主要的研發(fā)思路是在高分子基體中同時(shí)加入導(dǎo)熱填料和吸波劑以實(shí)現(xiàn)材料的導(dǎo)熱吸波雙功能。然而,橡膠等高分子材料中功能填料添加量存在最大限度,導(dǎo)熱填料與吸波劑添加量存在此消彼長(zhǎng)的問題,難以實(shí)現(xiàn)兩種性能的協(xié)同提升。目前,尚無有效手段解決這一難題,只能通過協(xié)調(diào)兩種功能填料的添加比例,確定材料導(dǎo)熱和吸波性能的最優(yōu)平衡點(diǎn)。
人們?cè)谕ㄟ^導(dǎo)熱硅橡膠解決散熱問題的同時(shí),發(fā)現(xiàn)電子設(shè)備的電磁污染、信息泄露等問題也變得越來越嚴(yán)重。在密閉環(huán)境中大量電子元器件在工作時(shí)會(huì)向外界發(fā)射電磁輻射,對(duì)周圍設(shè)備造成電磁干擾,需要在電子元器件表面貼合吸波材料來解決這一問題。而電子設(shè)備內(nèi)部空間狹小,導(dǎo)熱硅橡膠已經(jīng)占據(jù)了器件表面縫隙空間,無法疊加使用吸波材料。因此,導(dǎo)熱吸波材料已經(jīng)成為解決電子設(shè)備高效散熱和電磁兼容問題最有效的手段。
目前,市場(chǎng)出現(xiàn)了各類型的導(dǎo)熱吸波貼片、導(dǎo)熱吸波涂料、導(dǎo)熱吸波殼體等產(chǎn)品,這類產(chǎn)品具有電磁雜波吸收功能良好和體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)導(dǎo)熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)吸波材料,可以降低設(shè)備內(nèi)部熱阻值,增強(qiáng)產(chǎn)品的散熱能力,平衡熱量與電磁干擾帶來的雙重問題。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(zhǎng)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(duì)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(jiǎn)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(guó)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(huì)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(zhǎng)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(huì)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。
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2.導(dǎo)熱吸波材料的研究進(jìn)展及未來發(fā)展方向
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