六方氮化硼（h-BN）因其独特的层状晶体结构和优异的综合性能，成为高功率电子器件热管理领域的重要材料。其平面内强共价键与层间弱范德华力的结合，赋予了材料极高的面内热导率和绝缘特性，在微型化电子设备、新能源系统及特种工业场景中展现出巨大潜力。本文从材料特性、填料选择到应用策略，系统探讨h-BN的工程化应用路径。

一、h-BN导热机理的本质特征

h-BN的热传导主要依赖于晶格振动形成的声子传递机制。其层内原子通过强共价键形成规整的蜂窝结构，为声子传播提供了低散射通道，而层间较弱的相互作用则限制了垂直方向的传热效率，形成显著的各向异性导热特征。这种特殊的结构特性决定了在实际应用中需通过定向调控充分发挥其面内导热优势。

二、h-BN填料的优选原则

1. 形貌设计  

     片状结构优先：纳米片（BNNS）因其大平面尺寸和高径厚比，更易在基体中构建连续导热网络。横向尺寸越大，声子传输路径越完整；纵向层数越少，层间热阻越小。  

2. 晶体质量把控  

   晶格缺陷和非晶区域会加剧声子散射，优选高结晶度、低缺陷密度的h-BN原料。完善的晶体结构可最大限度降低热阻，提升导热效率。

3. 分散稳定性  

   h-BN的高表面能易引发团聚，需通过表面工程改善其在聚合物基体中的分散性。均匀分散是构建有效导热网络的先决条件，直接影响复合材料的最终性能。

三、h-BN的工程应用策略

1. 表面功能化改性  

     物理修饰：通过π-π相互作用或静电吸附引入分散剂，在保留h-BN本征特性的同时提升界面相容性。此方法操作简便，适用于大规模生产。  

     化学接枝：采用等离子体处理或液相反应在h-BN表面接枝活性基团，增强填料与基体的化学键合。这种改性方式可显著降低界面热阻，但需平衡工艺复杂度与性能增益。

2. 多维填料复配体系  

   将h-BN纳米片与球形氧化铝、碳纤维等不同维度填料复合，形成空间互补的导热网络。这种策略既可抑制纳米片堆叠，又能通过协同效应降低整体填料成本，同时改善材料的加工流动性。

3. 取向排列技术  

     力场调控：利用剪切流场或热压工艺使h-BN沿特定方向定向排列，充分发挥其面内导热优势。该方法能在较低填料含量下实现高效热传导，但需避免取向导致的力学性能各向异性。  

     外场诱导：通过电场/磁场驱动h-BN的取向组装，构建有序导热通道。此技术适用于精密电子器件的局部热管理，但对设备精度和工艺控制要求较高。

二、h-BN如何应用

    由于聚合物基体无自由电子和大量完整晶体，形成的晶体结构无序且较少，热阻往往很大，因此，导热复合材料的导热性能主要依靠h-BN导热填料构筑有效的导热网络实现。而为了有效构建导热网络，h-BN导热填料可通过以下方式应用：

1、表面功能化改性

由于分散性是h-BN导热填料的一个重要指标，但层内共价相连的方式使得h-BN 表面的活性基团较少，高化学惰性较高，一般情况下都难以在聚合物基体中有效分散，因此往往需要进行表面功能化改性来提升其分散性。通常，h-BN的功能化改性有两种方式：物理非共价键改性和化学键合改性。

①物理非共价键改性

非共价改性是利用改性剂表面的基团与h-BN表面发生物理吸附作用，如π-π相互作用、静电作用等，从而将改性剂附着在h-BN表面，提供空间位阻、静电排斥作用和改善疏水作用，从而达到改善聚合物基体与h-BN界面相容性的目的，具有工艺简单、可操作性强，并且由于改性过程中不涉及化学反应，非共价方法不会在功能化过程中大幅度改变纳米材料结构的空间形状属性，最大程度上保留六方氮化硼的固有性质。

②化学键合改性

该方法是采用等离子体处理、水热反应等技术将羟基、氨基、环氧基等官能团以化学键合的方式接枝在BN表面，以提高在聚合物基体中的分散性能。相比物理法，化学键合方式的改性效果更好，能够使h-BN与聚合物基体结合得更加紧密。

      h-BN作为新一代绝缘导热填料，其应用价值不仅体现在性能提升，更在于推动电子器件向高集成、高可靠方向演进。通过多尺度结构设计与工艺创新，有望突破当前导热复合材料的性能瓶颈。

参考资料：粉体圈