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六方氮化硼（h-BN）因其獨特的層狀晶體結構和優異的綜合性能，成為高功率電子器件熱管理領域的重要材料。其平面內強共價鍵與層間弱范德華力的結合，賦予了材料極高的面內熱導率和絕緣特性，在微型化電子設備、新能源系統及特種工業場景中展現出巨大潛力。本文從材料特性、填料選擇到應用策略，系統探討h-BN的工程化應用路徑。
一、h-BN導熱機理的本質特征
h-BN的熱傳導主要依賴于晶格振動形成的聲子傳遞機制。其層內原子通過強共價鍵形成規整的蜂窩結構，為聲子傳播提供了低散射通道，而層間較弱的相互作用則限制了垂直方向的傳熱效率，形成顯著的各向異性導熱特征。這種特殊的結構特性決定了在實際應用中需通過定向調控充分發揮其面內導熱優勢。
二、h-BN填料的優選原則
1. 形貌設計
片狀結構優先：納米片（BNNS）因其大平面尺寸和高徑厚比，更易在基體中構建連續導熱網絡。橫向尺寸越大，聲子傳輸路徑越完整；縱向層數越少，層間熱阻越小。
2. 晶體質量把控
晶格缺陷和非晶區域會加劇聲子散射，優選高結晶度、低缺陷密度的h-BN原料。完善的晶體結構可最大限度降低熱阻，提升導熱效率。
3. 分散穩定性
h-BN的高表面能易引發團聚，需通過表面工程改善其在聚合物基體中的分散性。均勻分散是構建有效導熱網絡的先決條件，直接影響復合材料的最終性能。
三、h-BN的工程應用策略
1. 表面功能化改性
物理修飾：通過π-π相互作用或靜電吸附引入分散劑，在保留h-BN本征特性的同時提升界面相容性。此方法操作簡便，適用于大規模生產。
化學接枝：采用等離子體處理或液相反應在h-BN表面接枝活性基團，增強填料與基體的化學鍵合。這種改性方式可顯著降低界面熱阻，但需平衡工藝復雜度與性能增益。
2. 多維填料復配體系
將h-BN納米片與球形氧化鋁、碳纖維等不同維度填料復合，形成空間互補的導熱網絡。這種策略既可抑制納米片堆疊，又能通過協同效應降低整體填料成本，同時改善材料的加工流動性。
3. 取向排列技術
力場調控：利用剪切流場或熱壓工藝使h-BN沿特定方向定向排列，充分發揮其面內導熱優勢。該方法能在較低填料含量下實現高效熱傳導，但需避免取向導致的力學性能各向異性。
外場誘導：通過電場/磁場驅動h-BN的取向組裝，構建有序導熱通道。此技術適用于精密電子器件的局部熱管理，但對設備精度和工藝控制要求較高。
二、h-BN如何應用
由于聚合物基體無自由電子和大量完整晶體，形成的晶體結構無序且較少，熱阻往往很大，因此，導熱復合材料的導熱性能主要依靠h-BN導熱填料構筑有效的導熱網絡實現。而為了有效構建導熱網絡，h-BN導熱填料可通過以下方式應用：
1、表面功能化改性
由于分散性是h-BN導熱填料的一個重要指標，但層內共價相連的方式使得h-BN 表面的活性基團較少，高化學惰性較高，一般情況下都難以在聚合物基體中有效分散，因此往往需要進行表面功能化改性來提升其分散性。通常，h-BN的功能化改性有兩種方式：物理非共價鍵改性和化學鍵合改性。
①物理非共價鍵改性
非共價改性是利用改性劑表面的基團與h-BN表面發生物理吸附作用，如π-π相互作用、靜電作用等，從而將改性劑附著在h-BN表面，提供空間位阻、靜電排斥作用和改善疏水作用，從而達到改善聚合物基體與h-BN界面相容性的目的，具有工藝簡單、可操作性強，并且由于改性過程中不涉及化學反應，非共價方法不會在功能化過程中大幅度改變納米材料結構的空間形狀屬性，最大程度上保留六方氮化硼的固有性質。
②化學鍵合改性
該方法是采用等離子體處理、水熱反應等技術將羥基、氨基、環氧基等官能團以化學鍵合的方式接枝在BN表面，以提高在聚合物基體中的分散性能。相比物理法，化學鍵合方式的改性效果更好，能夠使h-BN與聚合物基體結合得更加緊密。
h-BN作為新一代絕緣導熱填料，其應用價值不僅體現在性能提升，更在于推動電子器件向高集成、高可靠方向演進。通過多尺度結構設計與工藝創新，有望突破當前導熱復合材料的性能瓶頸。
參考資料：粉體圈
