研究表明，温度每升高2°C，电子设备的性能就会下降10%。为了保证电子器件的长期、安全、可靠运行，研究和开发新型导热材料已成为下一代电子器件的首要任务。设备与散热器之间的传热在散热过程中起着决定性的作用。在电子元件和散热器之间引入具有高导热性的复合材料对于解决这些散热问题至关重要。热界面材料(TIMs)是用于改善电子设备热量传递的材料。通常，TIMs放置在发热芯片和/或元件与散热基板或散热器件之间，如图所示。
通过在聚合物基体中连接导热填料来建立导热路径。填料与基体之间的界面热阻和基体的 值是决定材料导热系数的关键因素(图a)。当填料在聚合物基体中的浓度较低时，颗粒 相互远离。因此，聚合物复合材料的导热系数仍然很低。当填料浓度不断增加时，颗粒相互接触，形成导热网络，为热流提供了更好的路径(图b)。在热流方向与导热网络平行的情况下，复合材料的导热性明显提高。相反，未能在热流方向建立导热网络会导致相当大的热阻。复合材料的 导热性不能明显提高。
对于颗粒填充的导热高分子材料，其导热系数远低于理论预测，这主要是由于基体与填料之间的界面相容性差，界面热阻高。因此，填料的种类、尺寸、形状、载荷、分布以及聚合物与填料之间的相互作用等一系列因素都会对复合材料的最终性能产生强烈的影响。
常用的导热填料有金属、陶瓷和碳材料。常用导热填料的 值如下表所示。金属材料虽然具有较高的内在价值和优良的使用性能，但其缺点是在高温下易氧化和热膨胀系数(CTE)高。此外，当向聚合物中加入大量金属时，密度会增加，从而限制了要求轻量化的应用。近年来，金属填料在热界面材料中的应用逐渐减少。因此，本文不再介绍金属的性质和应用。
从导热路径理论来看，填料含量低时，导热填料难以相互接触形成有效的导热网络结构。因此，需要一定量的填料来获得高导热系数。然而，填料的高负荷会导致其他问题，如机械性能下降，成本增加，绝缘性改变等问题。近年来的许多研究继续在低填料含量下实现有效的导热网络，这不仅大大提高了材料的 值，而且保持了聚合物的各种优异性能。例如，Han等人通过双向冷冻技术制备了氮化硼纳米片排列的气凝胶，然后将环氧树脂渗透到BNNS结构中制备了BNNS/环氧复合材料。当填料含量仅为15 vol%时，复合材料的K值提高到6.07 W/mK(图a,b)。此外，Li等人使用液氮驱动组装方法结合冰模板方法制备了具有三维石墨烯网络结构的环氧复合材料。复合材料表现出优异的力学性能，在1 wt%的载荷下传热增强效率为431%。该方法通过创建有效的导热网络，显著减少了复合材料中导热填料的数量(图c,d)。
本节综述了导热聚合物复合材料在先进电子器件中的一些新兴应用，如先进电子封装、LED器件、储能器件、电热冷却器件、太阳能电池等。
集成电路行业制造的微电子元件具有越来越高的绝缘封装和功率密度，对散热的要求也越来越高。集成电路工业主要涉及芯片的设计、制造和电子封装。电子封装材料对电子器件的性能和可靠性起着至关重要的作用。在设计包装材料时，期望它们具有导热性，能够承受/传递应力，并且能够很好地隔离以使整个系统免受外部干扰。电子封装技术分为陶瓷封装、金属封装和聚合物封装，其中大部分封装材料是聚合物材料，特别是环氧树脂，其价格低廉，易于加工。在3D封装系统中，导热复合材料被用作下填充材料，以填充焊料凸起之间的间隙，并促进电子设备中的热量传递。环氧底料是倒装芯片封装技术中典型的聚合物封装材料(图a-e)。然而，IC芯片与衬底之间的可靠性差和CTE不匹配一直是有待解决的挑战。
光伏(PV)技术是一种革命性的技术，可以产生绿色能源，帮助人类克服与能源生产和排放相关的挑战。然而，由于太阳能电池的光电转换效率较低，吸收的太阳辐射大部分以热量的形式散失，进一步抑制了太阳能电池的光电转换效率。为了保证电池的正常运行，如何散发电池内部积聚的热量已经成为需要解决的首要问题。EVA 是典型的光伏组件封装高分子材料，80%以上的光伏组件采用EVA封装。此外，聚乙烯醇氟薄膜常被用作电池的背衬材料。然而，EVA和聚乙烯烃的导热系数都很低(均小于0.4 W/mK)，这可能导致大量的热量积聚。因此，在高分子材料中引入兼具高导热性和电绝缘性的填料，是提高太阳能电池封装材料和背衬材料导热性的有效手段。
电化学储能装置在充放电过程中会产生过多的热量，导致容量迅速退化和热失控。在高温下长时间运行会使锂离子电池和超级电容器的聚合物分离器软化，导致其短路。具有高离子电导率的导热复合材料可作为锂离子电池和电容器的隔膜或全固态聚合物电解质，有效地散热工作过程中产生的热量。在电动汽车领域，许多事故都是由汽车电池的热积聚引起的。具体来说，电池充放电过程中热量的快速积累是导致电池火灾的主要原因。此外，温度分布不均匀会严重威胁电池的性能和寿命。因此，导热聚合物复合材料有相当大的空间来创造更多的经济和社会影响。
如前所述，电子设备中的热积累通常对其稳定性和使用寿命有害。因此，高效导热复合材料的使用不仅是当前电子产品的要求，也是下一代电子设备发展的要求。导热复合材料在一些新领域的应用也在不断涌现，如热电发电机的散热膜、个人热管理等。
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