氧化镁改性技术突破，散热难题迎刃而解

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氧化镁改性技术突破，散热难题迎刃而解

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https://m.cnpowder.com.cn/new81339.html

随着科技的飞速发展，散热问题已成为制约多个行业发展的关键瓶颈。从电子产品到LED照明，再到监控设备，如何有效解决散热难题成为业界关注的焦点。本文将为您揭示一种具有潜力的导热材料——氧化镁，并探讨其在实际应用中的技术创新。

散热问题的严峻挑战

在电子产品行业，随着产品向小型化、集成化和便携化方向发展，集成电路的功率密度不断提高，电子元件已经达到微纳米级尺度。这使得现代电子设备能够在更小的尺寸内实现更多功能，但同时也带来了散热难题。电子元件体积的减小导致散热面积减少，半导体内部负载会在短时间内积累大量热量，造成电子器件因热机械应力而故障，产生不可逆的损伤，从而降低电子元件的使用寿命。

LED行业同样面临散热挑战。LED灯虽然具有使用寿命长、质量体积小、发光效率高和能耗低等特点，但迫切需要一种兼具绝缘性和良好导热性能的材料来替代传统的铝基材料，用于LED灯的散热底座和外壳。

在监控行业中，摄像头等设备需要长时间运行，内部会持续发热，导致大量热量累积，影响设备的安全和使用寿命。因此，开发具有良好导热性能的材料成为当务之急。

导热高分子材料的解决方案

为了解决散热问题，科研人员开发了导热高分子材料。按照制备工艺，导热高分子可分为本征型和填充型两大类。其中，填充型导热高分子材料通过在高分子基质中添加具有导热性能的填料来制备复合材料，具有制备方法简单、易于加工和成本低廉等优点，更适合工业化生产。

在填充型导热高分子材料中，导热填料的选择是决定其导热性能的关键因素。常见的导热填料可分为金属填料、陶瓷填料和碳填料三类。其中，陶瓷填料因其高本征热导率和良好的绝缘性能而备受关注。

在各类陶瓷填料中，氮化硼、氧化铝和氮化铝应用较为广泛。氮化硼具有类似于石墨的层状结构，在片层方向上的导热系数很高，整体导热性能优异，且具有良好的绝缘性、低热膨胀系数和化学稳定性。氮化铝同样具有优异的导热性能和绝缘性能，但成本较高。氧化铝虽然导热性能略逊一筹，但成本较低，应用最为广泛。然而，氧化铝的高硬度容易导致混炼机、成型机等设备磨损。

氧化镁作为一种潜在的导热填料，其导热系数介于氮化物和氧化铝之间，为36 W/(m·K)，且成本较低。此外，氧化镁粉体的添加对产品白度影响较小，应用于透明塑料中不影响透光度，对光有特殊的物理折射性。特别是球形氧化镁，由于其各向同性的球形结构，能更有效地提高复合材料的导热性能。

部分高分子导热系数，图片来源：河北鑫滔新材料科技有限公司

氧化镁的吸潮性难题与解决方案

然而，氧化镁作为导热填料时存在一个棘手的问题：它具有一定的吸潮性，长期暴露在空气中会逐渐吸收CO2和H2O。因此，需要对其表面进行改性以提高耐湿性。此外，无机颗粒与高分子基体之间的界面结合能力较差，容易在基体中聚集，影响导热效果。因此，对填料颗粒进行表面改性不仅能改善界面结合状况，还能提高复合材料的热导率。

针对这一问题，相关企业进行了技术创新。江苏联瑞新材料股份有限公司开发了一种包覆球形氧化镁粉末的制备方法。该方法先将氧化镁与偶联剂混合均匀，得到一次改性的氧化镁粉体，再与水溶性表面处理剂混合，得到二次改性的氧化镁粉体。然后将改性后的氧化镁粉体加入水中制成浆料，并通过喷雾干燥制成D50为10~150μm的球形氧化镁团聚体。最后采用火焰熔融法进行球形化，得到高球形度和高耐湿性的球形氧化镁产品。这种方法有效抑制了氧化镁的水解反应，降低了球化过程中的热损耗。

河北镁神科技股份有限公司则开发了一种导热塑料专用氧化镁粉体的制备方法。该方法通过在硫酸镁与碳酸钠或碳酸钾反应过程中加入晶型控制剂，调控碳酸镁的形貌为类球形。经过水热处理和煅烧后，获得粒径不同的类球形氧化镁粉体。将不同粒径的氧化镁粉体按一定比例混合后进行表面改性处理，获得导热塑料专用氧化镁粉体。所用表面改性剂为有机硅改性的聚丙烯酸酯乳液或环氧树脂改性的聚丙烯酸酯乳液。这种方法制备的类球形氧化镁在塑料中分散性好，添加量大，能显著改善塑料的导热性能。

图片来源：镁熙生物