随着电子电器的集成密度和功率密度的不断增加，大功率LED的兴起等，电子器件在工作时会释放出很多热量，导热性能差会使电器工作环境温度急剧上升，影响电子器件运行稳定性甚至造成器件损坏。

如果不采取点积极措施它们分分钟就被自己放出的超额热量“烧坏脑子了”，据称电子元器件的温度每升高2℃，其可靠性下降10%！

举个鲜活的例子，电脑跟手机一发烫就卡死的烦恼谁还没体验过呢。而目前热界面材料与其他器件相比热导率相差几个数量级，因此热界面材料已成为提高电子产品散热性能的瓶颈之一。

一、热界面材料的用武之地

凡是表面都会有粗糙度，所以当两个表面接触在一起的时候，不可能完全接触在一起，总会有一些空气隙夹杂在其中。

空气的导热系数非常之小（20℃下空气的导热系数为0.0267W/(m.K)），因此就造成了比较大的接触热阻。

而使用柔软可塑的热界面材料就可以填充这个空气隙（当然在大多数情况下，100%消除空气几乎不可能，因此，小凹陷和小孔中仍然会有小气袋。但是，此时的热性能相比未使用TIM的情况已有极大改善），这样就可以降低接触热阻，提高散热性能。

所以，对于任何热管理解决方案来说，热界面材料（TIM）都是关键的组成部分。

由于它是大多数应用中的一小部分，因此很容易被忽视（忽视，才会有潜在大机会）。

但热界面材料可让设备及其相关产品发挥有效作用。热界面材料（TIM）是众多电子和储能装置中的关键部件。

基本上，如果产生热量并需要转移都需要热界面材料。

比如现在新能源汽车的动力电池，能量密度和功率密度越来越高，对应的会使电池释放更多的热量。

新能源汽车的三电，电池模块、电控系统和驱动电机，以及充电桩，都会产生较高的热量，需要及时有效的释放出去，，而这便是热管理材料的用武之地。

二、热界面材料的分类

依其TIM特性不同及发展可简单分成几类∶导热膏、弹性导热布、相变型导热胶、导热凝胶、导热黏胶及导热带等。

1、导热膏（导热硅脂）

导热膏是一种传统的散热材料，粘稠状的液体，具有较强的粘性。一般约在100-400Pa压力下使用，其界面热阻值大约在0.2-1.0K·cm²/W左右。基材主要成分是硅油和非硅质的高分子聚合物，导热填充料一般以AIN及ZnO为主，也可以选用BN、Al2O3或SiC等陶瓷粉末或铝粉、银粉、石墨粉，甚至金刚石粉末等来提升其热传导性。但要特别注意这些填充料在基材内的分散性及混合后的粘性控制。

导热膏由于不需要固化处理属于液态材料，因此可以添加较高体积比的填充料，热传导率比其他热界面材料高。目前市售的导热膏的热传导率通常介于2-6W/m.K之间，好的可大于8W/m·K，热阻约介于0.2-0.6W/m·K。导热膏本身具有一定的流动性，不需要太高的扣合压力，经压缩后其接合厚度可以变得相当薄，对降低热阻有很大帮助。但缺点是易产生溢出及相分离问题。

2.弹性导热布

弹性导热布是由导热膏衍生出来的一种散热材料，一般主要是由在聚硅氧烷橡胶化合物中添加各种不同导热粉体（如BN、Al2O3等）所构成，且以玻璃纤维布作载体形成容易操作的固体形态。加工操作较简单，一般在700KPa 左右的压力下使用，其界面热阻值约为1.0-3.0K*cm²/W。弹性导热布可用于标准TO型晶体管的热管理组装技术上。

3、相变导热材料（PhaseChangeMaterials，PCMs）

相变导热材料可以是有机材料也可以是金属合金。相变导热材料融合了导热胶和导热油脂的双重优点，在达到相变温度前，其特性与导热胶类似具有一定的粘性，因此不会在扣压时发生Pumpout问题。当电子器件工作时温度不断升高至材料熔点时，PCMs发生相变成为液态，具有和导热油脂一样的填充空隙的能力，热阻因而大幅度降低。目前相变导热材料主要用于CPU散热材料。

就有机相变导热材料而言，相变导热胶主要以热塑性聚合物为基体，如聚烯烃、低分子量的聚乙烯和丙烯酸树脂，添加低熔点的固体石蜡，并添加高导热填料制备而成的。其中石蜡是主要的发生相变的材料，相变的温度一般控制在45-60℃。现行的有机相变材料热导率普遍在1-3W/mK。

4、导热凝胶

导热凝胶一般是由在硅油及石蜡中添加铝粉、氧化铝及银粉等导热填充料组成，通常需进行固化处理。由于经过了铰链处理，所以具有较强的内凝聚力特性，使用时无需加热或冷凝。它能提供比导热胶及粘胶剂更有效的传热路径，其热传导率约在1-3W/m.K左右。导热凝胶的优点是能顺应接触表面的不规则性而填补孔隙。此外，由于其内凝聚力较强，在使用时不会有溢出及移动问题，使用和处理起来都很方便，其缺点是需固化处理。

导热凝胶也是氪星纪元科技的主打导热界面材料产品。好材料，真导热，不玩虚标的那一套。有优异的抗垂流特性，应力小、高触变，长期使用可靠性贼稳。

5、导热黏胶

导热胶是发展较早的产品，其主要组成是树脂基体、导热填料、稀释性溶剂或者是反应性稀释剂、固化剂和添加剂。用于电子胶黏剂的树脂基体主要包括：环氧树脂、聚酰亚胺、有机硅胶、聚氨酯、丙烯酸酯和氰酸酯等。

6、导热带（Tapes）

导热带的开发主要是为了做热沉HeatSink贴合材料。主要目的是为了取消外力夹合装置，降低设备成本。导热带主要是将添加导热粉体的压敏胶涂在支撑材料上（如玻璃布、聚亚酰胺薄膜或铝箔）上所构成的。导热胶带属于压敏胶的一种，使用方便。导热带的使用非常方便，和一般胶布的贴合方式相同。一般来讲，导热带主要应用其粘胶性能其次才是散热性能，且只能应用于表面平整的界面上。

三、产业方面，以三大热点板块为主

随着万物互联时代的到来，电子产品的集成度不断提高，加之高频率信号的引入、硬件零部件的升级，联网设备和天线数量的成倍增长，导致设备的功耗不断增大，发热量也随之快速上升。热界面材料导热性能优异，环境适应性强，为设备的高度集成及微型化提供了有力的帮助，可望成为最具有颠覆性和变革型的热管理解决方案。

从产业方面来看，以三大热点板块为代表的电子行业对先进热管理系统和热界面材料提出越来越多的需求：

智能消费电子：智能手机和平板电脑电子产品结构紧密、高度集成，热流密度的不断提升对热管理系统提出了越来越高的要求。

通信设备：通信设备复杂程度越来越高，功耗不断加大，发热量快速上升，将带来热界面材料巨大的增量需求。

汽车电子：一方面发动机电控模块、点火模块、动力模块及各类传感器等的工作温度极高，另一方面新能源汽车的电池功率巨大，传统的风冷与水冷已不足以应付巨大的散热量，对于热界面材料有着急迫的、个性化需求。

此外，应用于航空、航天、军事等领域的器件，通常需要在高频、高压、高功率以及极端温度等苛刻的环境下运行，并且要求高可靠性，无故障工作时间长，对散热材料的综合性能要求也极高。

据BCC research数据统计，全球热界面材料市场规模从2014年的7.16亿美元，提高至2018年的9.37亿美元，年复合增长率为7.4%，预计2021年市场规模将达到10.8亿美元。其中亚太地区将超过8.12亿美元，欧洲约为1.13亿美元，北美约为1.01亿美元，其他地区约0.54亿美元。

四、我国技术研发成果

在技术研发方面，我国热管理材料方面的研究虽然起步较晚，但已取得了不错的成果，其中代表性材料包括：

高取向有机高分子新型热界面材料。针对传统的聚合物基热界面材料导热性差的问题，中国科学院深圳先进技术研究院团队采用真空辅助抽滤方式，制备了具有高取向的绿色可降解复合材料，热导率高达21.39W/m·K。

新型碳纳米管基热界面材料。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所团队将高导电、高导热的铜纳米线引入碳纳米管纸，由两种纳米线组成的互穿三维网络最终成功实现10W/m·K的热导率和超过105S/m的电导率。

三维立体网络结构热界面材料。中国科学院合肥物质科学研究院开发了基于石墨片-碳化硅的聚合物复合基板、石墨烯/氮化硼-改性环氧树脂复合基板、石墨烯环氧树脂复合基板等导热网络结构，热导率最高达到14.47W/m·K。

垂直排列石墨烯结构热界面材料。中国科学院宁波材料技术与工程研究所对抽滤的石墨烯纸施加横向机械力，使石墨烯具有褶皱结构，然后施加压力得到密实的石墨烯导热垫，使得石墨烯纸的取向由水平变成垂直，实现了石墨烯纸水平传热到垂直传热的转变，得到高热导率（100W/m·K）低压缩模量（0.87）的热界面材料。

在产业方面，我国生产的热界面材料约占全球20%的市场份额，保守预计2021年将超2亿美元。相比于国外热界面材料知名企业，我国热界面材料生产企业的规模普遍较小，同质性强，技术含量不高，缺少高端产品，未形成产品的系列化和产业化，多在价格上开展竞争，利润空间日益缩小。仅有少数企业具备自主研发和生产中高端产品的能力，可以提供导热应用解决方案。

文章来源： 前沿材料PLUS，题材价值投机，氪星纪元-老高