导热吸波材料是解决5G电磁干扰及散热难问题的重要技术途径之一。该类材料一般通过在聚合物基材中填充具有吸波作用的吸收剂（如羰基铁粉、碳化硅）以及较高热导率的导热粉体（如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化硼、氮化铝）等功能填料来制备。已有研究表明，羰基铁粉磁性吸收剂同时具备介电常数和磁导率的频散特性，有利于在宽频范围内实现阻抗匹配和强电磁损耗，能较好地满足材料吸波性能设计需要；氧化铝粉具有较高的本征导热系数（~36W/（m·K））以及电绝缘性能，在聚合物中填充浓度足够高（超过逾渗阈值）的情况下能建立起导热通路，从而获得较高的宏观热导率。

汪旭文等人分别以羰基铁粉和氧化铝粉作为填料、丁腈橡胶作为基材制备导热吸波片，考察羰基铁粉/氧化铝粉用量比例调整对复合材料的吸波和导热性能的影响规律，为高效导热吸波材料的组成与结构设计提供具体参考。以下是实验过程：

首先用适量二甲苯溶剂将丁腈橡胶基材溶解成溶液，按表1所示的填料质量分数将羰基铁粉、氧化铝加入其中并充分搅拌至均匀分散，在80℃下将该复合体系的溶剂烘干；加入适量硫化剂并利用开炼机充分混炼，压制成一定厚度的片材；最后在130℃/15MPa条件下热压1h，获得厚度为0.5~2.0mm的系列羰基铁粉/氧化铝/丁腈橡胶片。

结果分析

图1是采用的羰基铁粉和氧化铝粉末SEM照片和对应的粒度分布曲线。可以看出，羰基铁粉和氧化铝粉末的颗粒形貌均为球形，前者中位粒径D50为5.24μm，在60～150μm区间的少许颗粒分布源于部分羰基铁粉的团聚（粒径较小，流动性相对较差），而氧化铝粉的中位粒径D50为84.9μm。利用粒径差异较大的两种填料进行配比使其有利于在导热吸波片中形成紧密堆积，更好地满足构建导热通路的设计需要。

图2为制备的三组导热吸波片截面SEM照片。从图2a可以看出，含量较多、较小粒径的羰基铁粉均匀分散于橡胶基体中形成复合连续相，而含量相对较少、粒径较大的氧化铝颗粒弥散分布于羰基铁粉/橡胶复合体系中；图2b中，随着氧化铝粉含量的提升，两种填料在橡胶基体中所占体积比趋于均衡，形成细小羰基铁粉包裹大粒径氧化铝粉的形貌特征；图2c显示，氧化铝粉含量进一步增加后，其颗粒间距明显减小并有部分接触，而此时羰基铁粉含量较低不再呈连续分布状态。

从表2可以看出，在基材质量分数一定的条件下，随着较小粒径的羰基铁粉比例减小、较大粒径氧化铝粉比例增大，填料的总体积分数呈增大趋势，但总比表面积明显减小，反映填料与基材的复合界面相应地减少。

吸波能力

图3为导热吸波片在0.3~18GHz范围的反射损耗（厚度为2mm）及其衰减系数计算结果。对同一厚度，导热吸波片反射损耗曲线的峰值和对应频率分别为–23.9dB/6.3GHz（HA-1）、–19.8dB/9.9GHz（HA-2）和–22.6dB/13.2GHz（HA-3），即羰基铁粉含量越低，对应的反射损耗峰的位置越靠近高频；三组样品在反射损耗–10dB以下的带宽分别达到3.63GHz、3.54GHz和5.13GHz，均表现出宽带强吸收特性。另一方面，样品的衰减系数均随频率的升高逐渐增大，即对高频电磁波的损耗能力越强；同一频率下羰基铁粉含量越高的样品衰减系数越大，如15GHz处，HA-1、HA-2和HA-3样品的衰减系数分别47.6dB/cm、25.8dB/cm和14.5dB/cm。上述结果表明，羰基铁粉和氧化铝粉的比例调整对导热吸波片的吸波性能具有显著的调控作用，适当增大羰基铁粉的含量有利于提升材料的电磁波损耗能力。

导热性能

制备的导热吸波片热导率（λ）如图4所示。可以看出，随着羰基铁粉含量减小、氧化铝粉含量增大，样品的热导率呈先上升后下降的趋势。这一现象主要由复合体系中羰基铁粉/橡胶和氧化铝/橡胶的二相界面热阻变化以及羰基铁粉和氧化铝的本征热导率差异所引起。由表2可以看出，随着羰基铁粉比例减小、氧化铝比例增大（HA-1→HA-2），填料的总比表面积减小，填料与丁腈橡胶基体的二相界面相应减少，材料整体的声子散射减弱，界面热阻减小，热导率随之提高，因而HA-2的热导率高于HA-1；当氧化铝比例进一步增大时（HA-2→HA-3），复合体系中氧化铝颗粒间接触增多，氧化铝与羰基铁粉热流逐渐沿氧化铝形成的通路传导，羰基铁粉传导的热流贡献减小，但氧化铝的本征热导率低于羰基铁粉，导致样品HA-3热导率低于HA-2。在考察的三组样品中，羰基铁粉与氧化铝粉质量分数相同的HA-2样品热导率相对较高（~1.66W/（m·K）），是丁腈橡胶基材（~0.25W/（m·K））的6.64倍。基于上述导热机理分析，通过两种填料的粒径和体积分数等工艺参数优化，减小界面热阻并构建高效导热通道，是进一步提升导热吸波片导热性能的有效途径。

结论

（1）在橡胶基材质量分数一定的条件下，考察范围内减少较小粒径羰基铁粉（D50=5.24μm）并相应增加较大粒径氧化铝粉（D50=84.9μm）的用量，导热吸波片中填料的总体积分数有所增大，但总比表面积（对应填料/基材复合界面）明显减小。

（2）随着羰基铁粉含量减小、氧化铝粉含量增大，导热吸波片的反射损耗峰位置移向高频，考察的三组样品均表现出宽带强吸收特性；衰减系数均随频率的升高逐渐增大，同一频率下羰基铁粉含量越高的样品衰减系数越大。

（3）随着羰基铁粉含量减小、氧化铝粉含量增大，导热吸波片的热导率呈先上升后下降的趋势；其中，羰基铁粉与氧化铝粉质量分数相同的HA-2样品热导率相对较高（~1.66W/（m·K）），达到丁腈橡胶基材（~0.25W/（m·K））的6.64倍。

以上内容来源于：《汪旭文等：基于氧化铝/羰基铁粉的复合贴片吸波与导热特性分析》有删减。