热量的有效耗散对先进电子元器件的稳定工作、使用年限等十分重要[1]。当前，电子技术的发展正向集成化、小体积化和多功能方向发展，电子器件的有效散热成为亟待解决的一个难题[2-4]。高分子聚合物材料具有功能多样性、成本低、化学稳定性好等优点，在工业和日常生活中得到广泛应用。但多数聚合物存在导热系数低、散热慢等问题，难以满足高集成电子技术的发展要求。提高聚合物的热导率对换热器、电子封装等领域非常重要，并且是过去二十年中的热门研究课题[5-8]。添加导热填料，如碳材料、陶瓷或金属是提高聚合物导热性的有效方法，这些填料可以在聚合物基体中形成导热网络，有利于整个复合材料的热传导。除此之外，不同的加工方法、不同种类的聚合物基体也会对聚合物体系的导热产生较大影响[9-10]。聚碳酸酯(PC)具有化学性质稳定、易加工成型等优良特征，在电子电气、绝热、阻燃等领域得到广泛应用[11-12]。但是PC的本征热导率仅为0.23 W/(m·K)，热导率较低明显限制PC在热功能器件的应用[13-15]。因此，改善PC基聚合物的导热性能具有重要的价值。本研究综述PC聚合物基导热性能的最新研究进展，分析填料组分、不同的聚合物体系以及加工方法对PC聚合物基导热性能的影响。1填料组分对导热性能的影响导热填料通常包括金属[9]、非金属[16-17]等，导热填料与聚合物形成导热网络能够显著提高聚合物导热性能。单组分填料和多组分填料与聚合物间具有不同的相互作用，填料组分的含量对聚合物的导热性能具有一定的影响。1.1单组分填料Xu等[18]研究嵌入PC模板的银纳米线阵列作为一种具有高导热的电子冷却界面材料。PC/Ag的平均热扩散系数为1.89×10-5 m2/s，其固有导热系数为30.3 W/(m·K)。银纳米线从薄膜表面的突起使其符合表面粗糙度，形成更好的热接触。与纯PC体系相比，热阻降低61%。Zhou等[19]分别通过母料稀释法和直接熔融混合法制备导热聚碳酸酯/氮化硼(PC/BN)复合材料。研究表明：通过母料稀释可以改善填料分布，有利于在中等填料载荷范围内提高导热性和拉伸性能，为制备具有平衡力学性能的导热复合材料提供一种简便的方法。Elimat等[20]研究PC/高岭土复合材料在紫外光和温度作用下的热学性能。研究发现：由于PC/高岭土复合材料中声子的热活化，其导热系数随温度的升高而增大。热传导的增强主要归因于热激活过程中晶格振动和电子传递的热量。Wang等[15]通过阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)包覆在六方氮化硼(h-BN)表面进行功能化改性，并将改性后的粒子(CBN)与PC基体共混，以提高其导热性能。CBN填充量为20%时，PC基复合材料导热系数为0.734 1 W/(m·K)，是单组分PC树脂材料的3.1倍。El-Brolossy等[21]研究紫外光/臭氧(UVO)处理的低体积分数（小于0.01）的多壁碳纳米管(MWCNTs)填充PC基复合材料的热性能。结果表明：UVO处理的MWCNTs能够提高PC基复合材料的热扩散率和热发射率，PC中加入0.95%的MWCNTs可使PC基复合材料的导热系数提高约22%。Yu等[22]利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(Si)处理涂有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的短切碳纤维(CCF)，将其用于制备具有各种填料含量的导热性PC/(Si+PET)@CCF复合材料。结果表明：复合材料平面内的全厚度热导率均随CCF含量的增加而增大。CCF的含量为50%时，复合材料沿面内方向和厚度方向的热导率分别达到2.45 W/(m·K)和0.59 W/(m·K)，较PC分别提高11.25%和1.95%。Sun等[23]研究BN板/PC复合材料，BN板的有序排列为声子传输提供通道，当BN负载量达到18.5%，复合材料沿取向方向的最大导热系数为3.09 W/(m·K)。BN板/PC复合材料具有良好的热传导性能，较高的升温或降温速率，为设计和制备用于热管理的具有高导热和力学强度材料提供新思路。1.2双组分填料Yu等[24]研究发现石墨烯纳米片(GNP)和MWCNTs填料对于提高PC基体的热导率存在协同作用。当GNP填料的加入量为20%，复合材料的导热系数为1.13 W/(m·K)。随着MWCNTs相对含量的增加，复合材料的体导热系数协同提高，最大值为1.39 W/(m·K)。两种填料的波纹度是提升复合体系热导率的关键因素之一。Zhou等[25]制备质量比为7∶3的片状石墨填充聚酰胺6(PA6)和聚酰胺6/聚碳酸酯(PA6/PC)不互容共混型导热材料。石墨填充量为40%，PA6/PC/石墨复合材料的热导率为2.716 W/(m·K)，是PA6/石墨二元复合材料热导率的130.3%。石墨填充量为30%时开始形成导热网络。Agarwal等[26]制备含碳纤维、碳纳米纤维两种填料的PC基纳米复合材料。结果表明：复合材料的导热系数随着填料含量的增加而增大，纤维在热流方向的排列使导热系数显著增加。纳米纤维与超细纤维排列构成导热网络，显著提高PC的导热系数。Wegrzyn等[27]将不同浓度的MWCNTs和GNP加入PC。结果表明：MWCNTs与GNP的协同作用使复合材料导热系数的指数增长，而不含MWCNT的纳米复合材料导热系数呈对数增长。肖超等[28]将MWCNTs、纳米氮化铝(AlN)和PC/SEBS-g-MA树脂通过熔融共混法制备双组分填充PC体系。研究表明：MWCNTs和AlN能够在聚合物基体中构建更完整的导热网络，使复合体系的热导率是纯聚合物体系的2.6倍。Xiao等[29]控制MWCNTs和AlN纳米粒子的选择性分布，在PC/PA66共混物中获得稳定的共连续形貌，导热粒子在聚合物内部构建导热网络。杂化填料体积分数为24.78%时，复合材料的最大导热系数为1.3 W/(m·K)。1.3多组分填料Naji等[30]通过溶液浇铸法制备碳纳米管(CNT)、碳纤维(CF)、石墨(G)三元杂化物，并填充PC制备CPCs。结果表明：通过3%CNT、10%CF和50%G制备的复合材料导热系数为1.7 W/(m·K)。该复合材料的导热系数超过现有的报道值，适用于双极板等高导电导热的应用。Zhang等[31]研究炭黑(CB)、MWCNTs和剥离石墨(EG)填充PC复合材料的导热性能。与CB和MWCNTs相比，EG填料嵌入PC基体使基体热导率增强。采用EG/MWCNTs杂化填料时，当杂化填料质量分数为10%，EG∶MWCNTs的质量比为9∶1，PC复合材料的导热系数比单独填充EG或MWCNTs的材料高1.19 W/(m·K)。EG与MWCNTs复合对PC的热导率具有协同增强作用。当填料质量分数为40%，EG/MWCNTs/PC复合材料的热导率大于5 W/(m·K)。Xiao等[32]制备多元纳米复合材料PC-MWCNTs/SEBS-g-MA(SM)-AlN。表面修饰的AlN选择性分散在岛状的SM相，而作为桥的MWCNTs主要分布在PC的连续相。这种新型的“岛桥”网络结构的复合材料在较低的填料含量下具有较高的导热系数，其有效导热系数达到0.72 W/(m·K)，是PC/SM体系的3倍。2聚合物体系对导热性能的影响2.1PC/PBT体系Zou等[33]制备基于Al2O3填充的聚对苯二甲酸丁二醇酯/双酚A聚碳酸酯(PBT/PC)共混物的导热复合材料，并利用亚磷酸三苯酯(TPPi)抑制PBT和PC的酯交换反应。结果表明：TPPi可以有效抑制酯交换反应，共混物的相结构发生相应改变，填料的分布受影响。PBT/PC(1∶1)中加入质量分数1.0%的TPPi时，形成共连续相结构，共混物的热导率提高。在1.0%TPPi的共混体系中添加60%的Al2O3填料，复合材料的导热系数达到0.89 W/(m·K)，与未加TPPi的体系相比导热系数提高13%。张一铭等[34]以PBT和PC共混物为基体，GNP为导热填料，制备PBT/PC/GNP复合材料。结果表明：当GNP体积含量为3%，发生逾渗现象。当GNP体积含量为10%，复合材料的导热系数为0.99 W/(m·K)，与PBT/PC相比其导热性能提高294%。Wen等[35]采用熔融共混法制备PBT/PC/GNPs复合材料。与二元PBT或PC基复合材料相比，当GNPs的填充体积分数为3%，PBT/PC/GNPs复合材料的热导率提高约10%。Zheng等[36]制备实用的低填充量PBT/PC/GNP导热复合材料。GNPs选择性分布和定向于PBT相，使复合材料具有较低的渗流阈值和各向异性的热导率。GNPs含量为20%的PBT/PC/GNP复合材料具有优异的导热性能，复合材料的导热系数为1.06 W/(m·K)，与纯PBT/PC共混物相比提高361%。2.2PC/PE体系文雯等[37]制备高导热绝缘的PC/PE/Al2O3(PE为LLDPE与PE-g-MAH)三元复合体系。结果表明：PC/LLDPE/PE-g-MAH的质量比为5∶1∶1，Al2O3填料的质量分数为40%时，该复合材料的导热系数为0.644 W/(m·K)。当Al2O3用量为60%，复合材料导热系数为0.895 W/(m·K)，是PC/PE的3.4倍。导热率高的主要原因是PE-g-MAH作为相容剂，促进Al2O3/PE在PC体系中的分散和共混，形成均匀的导热网络。2.3PC/ABS体系Yu等[38]发现GNPs、Al2O3和氧化镁(MgO)能够改善聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物合金(PC/ABS)复合材料导热性。总质量分数为70%，GNPs负载量为0.5%时，复合材料的导热系数为3.11 W/(m·K)，与未加GNPs相比，提高60%。这是由于Al2O3/MgO形成的致密堆积结构和GNPs与Al2O3/MgO的桥连作用，促进PC/ABS基体中有效热传导通路的形成。由于GNPs具有高热导率，形成声子输运通道，降低填料与PC/ABS基体界面的热阻，提高复合材料的热导率。李丽等[39]以PC和ABS合金(PC/ABS)为基体，以Al2O3、氧化铋(BiO)、碳化硅(SiC)等无机粒子作为导热填料，研究填料的种类、形状、加载量对PC树脂基体的导热性能和力学性能的影响。结果表明：当Al2O3的含量为30%，PC/ABS导热系数提高至0.528 W/(m·K)。当SiC含量为30%，PC/ABS的导热系数为1.099 W/(m·K)。当BiO的含量为30%，PC/ABS的导热系数达1.226 W/(m·K)。30%的SiC填充PC/ABS的综合性能最好，这是因为填料有一定的长径比，有利于体系中导热网络的形成。3加工方法对导热性能的影响Zouaoui等[40]使用热盘法和周期法(DICO)研究热处理对PC/石蜡(PR)和PC/铜(Cu)导热性的影响。结果表明：固体均发生液相转变，并显示PR添加剂具有增塑作用。体系的导热系数(λ)随Cu含量的增加而增大，随PR添加剂含量的降低而减小，并且退火后的样品比淬火的样品具有更高的导热率。文雯[41]通过熔融共挤出一步法和两步法制备三氧化二铝/氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/聚碳酸酯(Al2O3/SEBS/PC)导热复合材料。结果表明：通过一步法制备的复合材料的导热系数为0.739 W/(m·K)，是PC/SEBS的3.5倍；而两步法制备的复合材料的导热系数为0.902 W/(m·K)，是PC/SEBS的4倍。一步法制备的Al2O3/SEBS/PC复合材料中SEBS、Al2O3呈均相分布，Al2O3搭建的网络结构较孤立，不够完整；而两步法的复合材料中，由于Al2O3包覆SEBS，能够更好促进Al2O3导热网络的搭建，Al2O3与PC基体的界面结合较好，界面缺陷少。4结论（1）石墨烯多功能填料能够提高PC基体的导热性能，电性能、力学性能等。无机填料与PC基体的相容性是影响体系导热的关键因素，采用表面接枝、改性等方式增强与PC基体的相容性，提升PC的热导率。（2）单组分填料的填充比双组分和多组分更易于在PC中分散，而多组分填料的协同导热能力更好。成型加工方法对复合材料中无机粒子的分布及导热网络的构建具有较大影响。（3）通过填充高导热无机粒子使PC基复合材料的导热性能明显提升，但与集成电子技术的要求相比较，仍需要在PC体系中构建更完善的导热网络、声子散射结构促进热量的有效传导。