影响导热高分子材料热导率的因素分析

　　导热材料被普遍应用于取暖、换热等工程中，而对于导热材料的选取，金属材料被普遍应用，众所周知，金属材料很容易腐蚀，所以人们为了防止这一现象的发生会采用合金技术、与防腐涂层技术等来延缓金属材料的腐蚀，但是这样一来却使金属材料的导热性能大大地降低。因此为了达到导热性能的更高要求，人们在不断地探索与开发新的材料，而导热高分子材料恰恰能很好地满足人们的需要，因而导热高分子材料成为研究的主要方向。

　　1 导热材料的导热机理

　　不同材料的导热机理也是不尽相同的，对于金属晶体来说，其中的自由电子对导热功能起到了重要的作用，对于金属晶体中的声子来说其导电的功能可以忽略不计，而非晶体的导热机理主要是靠其中的分子和原子的无规律运动来完成的，由于非晶体也可以被看成极细的晶体，因此也可以通过声子的运动来分析它的导热机理，除此之外，对于一些投射性十分好的玻璃或者单晶体来说，其中的光子也对导热起到了十分重要的作用。因此可以总结为 :固体材料内部导热的载体一共有三种，它们分别为声子、电子和光子。

　　由此可以看出，金属导体内部主要靠内部的自由电子来完成导热，它要比非金属的导热性能强很多，而对于非金属来说，晶体的导热性能要比非晶体的导热性能强得多。但是，不管是哪一种高分子材料，其本身的导热性能是是非差的，只有在其中填充高导热性的材料才可以很好地提高其本身的导热性，但是随着材料的填充又会出现新的问题 :会降低材料的强度性能，因此可以说填充材料的导热性能与在材料内的分布状况直接决定了其整体导热强度的高低。

　　1.1 金属材料的导热机理

　　对于金属材料导热性能的好坏，可以通过材料的热导率来衡量 , 其中金属的导热率等于自由电子分量与声子分量之和，由于在纯金属中，自由电子分量要远远大于声子分量，所以说金属的导热性能往往又由其内部的自由电子来决定。每种金属元素可以通过内部原子间价电子的流动将热量从一个原子传递给另一个原子，从而完成导热，除此之外，纯金属的热导率会随着温度的增加而逐渐下降。

　　1.2 非金属材料的导热机理

　　对于非金属材料来说，可以分为晶体非金属和非晶体非金属两类，它们的导热主要依靠声子来完成。对于一般的晶体非金属来说，晶体非金属的导热率要低于金属的导热性能，但是要比非晶体非金属导热性能高。对于导热率特别高的晶体非金属来说它本身是非常纯的晶体，通过声子相互散射从而带来热阻，随着温度的降低，声子之间的相互散射会逐渐减弱。

　　非晶体非金属是导热性能最低的材料，主要靠声子的非弹性散射来形成热阻，而且随着温度的逐渐增加，非晶体非金属的热阻会逐渐增加，随着温度的逐渐减少，非晶体非金属的热阻也会逐渐减少。

　　2 形象导热材料热导率的因素
　　
　　2.1 树脂基体对热导率的影响

　　对于高导热结构聚合物来说其本身具有很大的共轭体系，从而形成电子热导通路，但是就目前来说，对于像聚苯胺、聚乙炔这类具有良好的导热性能的材料来讲，其研究的重点主要是其自身的导电性，除此之外，还可以合成具有完整结晶性的高聚物，从而通过其内部声子的作用来提高聚合物的热导率。外界对聚合物的拉伸和模压也可以提高聚合物的热导率，不仅如此，经证实 :通过增加金属粉末的含量的复合材料最容易增加导热材料的热导率。

　　2.2 导热材料填充对热导率的影响
　　
　　填充材料对热导率的影响主要分为以下几个方面 :

　　（1）填充材料的种类。导热填充材料主要包括金属填充材料与非金属填充材料两种，其中填充材料的种类不同，导热材料所对应的导热机理与导热率等因素也不尽相同，因此对于整体材料来说，其对热导率的影响也会不同。

　　（2）填充材料的尺寸。填充材料的尺寸对热导率也有着很好的影响度，填充复合材料的热导率会随着填充材料粒子直径的增大而逐渐增加，在填充材料相同的情况下，大粒子直径填充物的整体导热材料的热导率要比小粒子直径填充物的整体导热材料的热导率高，因此，如果想增加导热材料的热导率的话可以通过添加大粒径的填充物材料来实现其目的。

　　（3） 填充材料的形状。对于导热材料来说，对于内部的填充材料的形状可以是多种多样的，可以是片状、粒状、球状，也可以是纤维等形状，导热材料内的填充物的形状直接可以影响其在导热材料内的分散和热导率，因此，如果想提高导热材料的热导率也可以通过改变其内部填充物的形状来实现其目的。

　　2.3 温度对热导率的影响

　　通过一系列的实验与参考材料可以看出，当温度在 300 到 373K 之间时，温度升高，热导率会逐渐增大，随着温度的降低，热导率会逐减少 ;当温度超过 373K 的时候随着温度的升高，热导率会逐渐的下降，知道下降到一个最小值的时候，以后的热导率会基本保持不变。

　　3 结语

　　导热高分子复合材料相比于传统的导热材料来说其优势是十分明显的 :它不仅具有良好的热导性，还具有一些传统导热材料不可比拟的优势，因此，对于工业的发展来讲，导热高分子材料将会逐渐引起人们的高度重视，在以后的发展中也会具有十分良好的发展前景。但是就目前实际状况而言，尽管导热高分子材料已经引起了很多学者与研究人员的高度重视，但是普适性的理论模型与机理还没有出现，还处于一个研究的初期阶段，对于导热高分子的应用的研究还没有导电材料研究得深入，针对这一现状可以看出 : 导热高分子的深入研究与应用仍然值得许多学者与研究者的共同努力。

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