在材料科学领域，导热填料扮演着至关重要的角色。它是添加到基体材料中用于提高复合材料导热性能的填充材料，通常被引入聚合物基体，以改善纯聚合物相对较低的导热性能（一般导热系数低于 0.5Wm -1K -1）。
- 金属类填料
- 优点：遵循电子导热机理，具有高导热系数、良好的热稳定性、高电导率和耐磨性。控制好添加含量能大幅提高聚合物的导热性和介电性。
- 缺点：密度高，会增加复合材料重量，对便携式电子设备有限制。且因其是电的良导体，在需要高导热系数和良好绝缘性的情况下使用受限，此时可采用金属的氧化物、碳化物、氮化物替代金属粉体。
- 常用金属颗粒：铜（Cu）、铝（Al）、银（Ag）、镍（Ni）。
- 导热机制：金属中大量自由电子在电场作用下自由移动，温度梯度存在时，自由电子从高温区向低温区迁移，通过电子运动和碰撞传递热量。
- 应用实例：Qian 等利用纳米银修饰硅藻土与聚乙二醇共混制备高导热复合相变材料，银纳米颗粒含量为 7.2wt% 时，导热系数提高到 0.82Wm -1K -1，且该材料经 200 次冷热循环后仍有优异的热稳定性和化学稳定性；Lu 等将导热填料 Fe3O4 纳米颗粒与石蜡共混，使石蜡固态和液态时导热系数分别提高 53% 和 79%。
- 陶瓷类填料
- 优点：具有良好的导热性、结构稳定性和绝缘性，在电子封装领域优势独特。
- 缺点：获得高导热性的复合材料时负载量通常高于 30vol%，甚至高达 70vol%，会导致复合材料密度增加、韧性及加工性能降低，使用时需优化填料比例、大小、形状。
- 常见陶瓷填料：氧化铝（Al2O3）、氮化硼（BN）、碳化硅（SiC）。
- 导热机制：主要是声子导热，部分陶瓷会涉及光子传导、电子传导。声子是晶格振动引起的量子态，受热激发时晶格振动产生声子，声子与材料中的杂质、缺陷等相互作用实现热能传递。
- 应用实例：Wie 等将 BN 接枝到聚乙烯醇表面后与聚乙二醇交联制备导热复合相变材料，导热系数为 0.89Wm -1K -1；Qian 等将石蜡浸渍到氮化硼泡沫骨架中制备复合相变材料，含 18wt% h - BN 的复合相变材料熔融潜热约为 165.4±1.7J/g，导热系数高达 0.85Wm -1K -1，约是纯石蜡导热系数的 6 倍。
- 碳基填料
- 特点：由碳的同素异形体构成，如碳纳米管（CNT）、碳纤维（CF）、炭黑、金刚石、石墨烯（GR）等，具有低密度、极高热导率、耐热性及抗氧化性，应用前景广阔。
- 导热机制：其导热能力源于原子结构，碳 - 碳共价键间 sp2 杂化作用以及碳原子质量较小，使晶格振动能高效传递热量，声子为主要导热载体。
- 应用实例：Sun 等将膨胀石墨掺入聚乙二醇 - 氯化钙中，膨胀石墨形成连续导热网络降低界面热阻，提高复合相变材料导热能力；Sari 等研究碳纳米管对聚乙二醇 / 原硅藻土复合相变材料导热性的影响，加入碳纳米管后复合相变材料导热系数提高 73% - 93%。
研究发现单一填料存在缺陷，虽能形成导热网络，但在基体中难以完全分散，有空隙，且因声子散射和填充量高导致加工困难等问题，使复合材料难以达到理论热导率。而将不同形状、尺寸、类型的导热填料复配后，复合填料可减少基体空隙，构建完整导热通路，改善分散性，为导热复合材料设计提供多种可能。例如 Song 等采用一维碳化硅纳米线和二维还原氧化石墨烯作为填料，通过冰模板组装策略实现填料网络垂直方向定向排列，使低负载量下导热复合材料的垂直导热率显著提升（达纯硅橡胶导热率的 16 倍）。
导热填料的不断研究和发展，为复合材料性能的提升开辟了新的途径，在众多领域都有着重要的应用价值和广阔的发展前景。
