综述：导热弹性体纳米复合材料及杂化纳米复合材料的研究进展

本文综述了导热弹性体纳米复合材料的研究进展。介绍了弹性体及纳米复合材料的热导率（TC），探讨传统制备方法、填料表面改性等，分析杂化复合材料协同效应，阐述其在多领域应用，还讨论了面临的挑战与未来前景。

　　

导热弹性体纳米复合材料及杂化纳米复合材料的研究进展

在现代电子设备不断向小型化发展的进程中，高效散热成为关键问题。传统金属散热材料逐渐被聚合物取代，这是因为聚合物具有成本低、柔韧性好、易加工、耐腐蚀以及机械性能可调节等诸多优势。然而，聚合物的固有热导率（Thermal Conductivity，TC）极低，仅在 0.1 - 0.4 W?m^–1K^–1之间，这严重限制了其在散热领域的应用。为解决这一问题，向聚合物基质中添加导热纳米填料成为研究热点，弹性体纳米复合材料由此应运而生，有望在微电子器件、电池、包装、高速动态弹性体产品、输电线路的抗漏电和抗侵蚀绝缘子以及液体冷却服装等领域发挥重要作用。

弹性体及弹性体纳米复合材料的热导率

在固体材料中，热传导主要依靠声子、电子或光子等能量载体来实现能量从一处到另一处的传输。在聚合物体系里，声子作为主要的热能载体，以晶格振动波的量子化形式存在于晶格之中。但像大多数弹性体这类无定形聚合物，其晶格结构存在缺陷，这会导致声子散射现象加剧，极大地阻碍了声子的传输过程，进而使得弹性体的热导率受到严重影响。

传统制备方法

制备导热弹性体纳米复合材料的传统方法丰富多样，涵盖了辊混法、熔体混合法、溶液混合法、浆料复合工艺、胶乳阶段混合法、原位聚合法以及真空浸渍法等。不过，这些传统制备工艺普遍存在一个问题，即难以使填料在弹性体中形成特定的取向，最终形成的往往是随机取向的填料网络。这种随机取向的网络不利于声子的高效传输，无法充分发挥填料的导热性能优势，难以满足高性能导热材料的需求。

导热填料的表面改性

在弹性体基质中，降低声子散射对于提高复合材料的热导率至关重要。实现这一目标可以从两个关键方面入手：一方面，要在弹性体基质中高效地排列填料，构建连续的导电填料网络，减少热阻结的数量；另一方面，增强弹性体基质与填料之间的粘附力，这样能够有效降低声子散射，为声子在弹性体纳米复合材料中的传输创造有利条件。因此，降低填料与弹性体基质之间的热阻，改善两者的界面性能，成为提高复合材料热导率的关键所在。通常会采用表面改性的方法，对导热填料的表面进行处理，以增强其与弹性体的相容性和相互作用。

共连续导热网络及对杂化弹性体纳米复合材料热导率的协同效应

杂化材料是由两种或更多不同几何形状和尺度的材料组合而成，它们协同作用，能够显著提升复合材料的性能，使其具备优于单一填料复合材料的特性。在聚合物科学领域，杂化复合材料种类繁多。在本文所讨论的范畴内，杂化弹性体复合材料是指将两种或更多种填料材料添加到弹性体基质中形成的材料。在纳米杂化材料体系里，不同填料之间独特的几何形状、高长径比以及良好的分散程度，都为形成共连续导热网络提供了可能。这种共连续网络能够产生协同效应，对复合材料的热导率产生深远影响，有助于在降低填料总含量的同时，依然保持甚至提升复合材料的导热性能，还能通过协同效应，用价格较低的填料部分替代昂贵填料，而不影响复合材料的整体性能。

导热弹性体纳米复合材料的应用

众多科研人员对导热弹性体纳米复合材料的深入研究，推动了多个行业的变革。由于纳米填料具有阻燃性、电阻率可调以及导电性等多种独特特性，使得这些导热纳米复合材料在众多领域展现出广泛的应用前景。例如，在电子设备的热管理领域，它们能够高效地将热量传导出去，确保设备稳定运行；在电池领域，有助于提高电池的散热效率，提升电池性能和安全性；在包装行业，能有效保护对温度敏感的产品；在输电线路中，作为抗漏电和抗侵蚀绝缘子，保障线路安全；在液体冷却服装方面，为人体提供舒适的散热体验。

挑战与未来展望

在过去的二十年里，科研人员在提高弹性体及其复合材料的热导率方面开展了大量研究工作，不断探索新的思路和方法，从填料改性、聚合物优化、加工技术改进到制备工艺创新等多个维度进行尝试，致力于开发出更高效的热管理材料。然而，目前在提升弹性体纳米复合材料热导率的研究过程中，仍面临一些亟待解决的挑战。例如，弹性体自身具有高柔韧性和高弹性，这虽然使其在某些应用场景中具备独特优势，但也给填料在其中的均匀分散和稳定取向带来了困难，影响了复合材料热导率的进一步提升。不过，随着材料科学技术的不断进步，新的材料体系和制备技术不断涌现，未来有望克服这些挑战，实现弹性体纳米复合材料热导率的大幅提升，拓展其在更多高端领域的应用。

结论

在过去的几十年间，导热弹性体纳米复合材料和杂化复合材料的研究取得了显著进展。这些具有多功能特性的导热弹性体复合材料，在热界面材料、相变材料（Phase Change Materials，PCMs）、微电子领域、抗漏电和抗侵蚀材料以及个人热管理等多个重要领域展现出巨大的应用潜力。本文全面探讨了制备弹性体基导热复合材料的各个方面，涵盖了制备工艺、填料表面改性、杂化复合材料的协同效应、应用领域以及面临的挑战和未来发展前景，为后续进一步深入研究和开发相关材料提供了有价值的参考依据。