本發(fā)明屬于導(dǎo)熱薄膜領(lǐng)域，具體為一種聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜及制備方法。

背景技術(shù)：

1、電子器件的高度集成化、大功率化，導(dǎo)致電子器件的熱量聚集，難以散熱，嚴(yán)重危害了電子器件的性能及其使用壽命，為了有效輔助電子器件散熱，人們開(kāi)始制備各類絕緣導(dǎo)熱材料進(jìn)行熱量傳導(dǎo)。近幾年來(lái)，二維材料憑借其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)受到技術(shù)人員的關(guān)注，采用導(dǎo)熱系數(shù)高的填料填入成膜物質(zhì)中，制備出具有高絕緣、高導(dǎo)熱性能的薄膜來(lái)進(jìn)行熱量傳遞。

2、氮化硼(bn)具有優(yōu)良的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、絕緣、透波、低介電、低密度、易于修飾、加工、可與高分子復(fù)合、且作為熱導(dǎo)率最高的陶瓷材料，因此屬于性能優(yōu)良的絕緣導(dǎo)熱填料，與聚合物基底結(jié)合，形成復(fù)合導(dǎo)熱薄膜，成為解決電子器件輔助散熱的重要途徑之一，在絕緣導(dǎo)熱材料領(lǐng)域迅速發(fā)展。據(jù)相關(guān)報(bào)道，當(dāng)六方氮化硼(h-bn)的厚度達(dá)到單層或多層時(shí)，氮化硼納米片(bnns)能更好的展現(xiàn)其各方面優(yōu)異的性能。但是，bn在剝離過(guò)程中存在一些問(wèn)題，如制備出的bnns存在較多的晶格缺陷，引入新的官能團(tuán)，無(wú)法擁有較大的橫縱比，導(dǎo)致目前的氮化硼納米片基導(dǎo)熱薄膜的導(dǎo)熱性能欠佳。

3、為了提高氮化硼納米片基導(dǎo)熱薄膜的導(dǎo)熱性能，就需要保證bnns能夠更好的展現(xiàn)bn的優(yōu)異性能，在制備bnns過(guò)程中減少晶格缺陷和官能團(tuán)的介入。然而，目前剝離bn的方法中，球磨剝離法、液相超聲法、表面活化法和層間體積膨脹法得到的bnns尺寸小、厚度高、橫縱比小，且依然存在較多的晶格缺陷，容易引入新的官能團(tuán)，不利于后續(xù)制備高性能氮化硼納米片基導(dǎo)熱薄膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜及制備方法，在cmc水溶液和hec水溶液中引入h-bn，在一定壓力下對(duì)h-bn進(jìn)行剝離，可通過(guò)改變粘度的方式改變對(duì)h-bn的包覆程度，進(jìn)而改變均質(zhì)過(guò)程中h-bn對(duì)均質(zhì)通道的碰撞力與剪切力，制備高橫縱比、低缺陷的bnns，提升bnns的本征熱導(dǎo)率，最終提高氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合薄膜的熱導(dǎo)率。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，包括如下步驟：

4、s1，將六方氮化硼分散到羧甲基纖維素鈉水溶液中，羧甲基纖維素鈉水溶液中羧甲基纖維素鈉和去離子水的質(zhì)量比為(0.5～1.5)：100，得到第一懸浮液；

5、將六方氮化硼分散到羥乙基纖維素水溶液中，羥乙基纖維素水溶液中羥乙基纖維素和去離子水的質(zhì)量比為(0.5～1.5)：100，得到第二懸浮液；

6、s2，將第一懸浮液在75～90mpa下均質(zhì)，之后分離其中的羧甲基纖維素鈉，得到第一分散液；

7、將第二懸浮液在75～90mpa下均質(zhì)，之后分離其中的羥乙基纖維素，得到第二分散液；

8、s3，將第一分散液和第二分散液分別與芳綸納米纖維分散液混合均勻，芳綸納米纖維為聚合物基底，分散液中的氮化硼納米片為導(dǎo)熱填料，之后進(jìn)行成膜工藝，得到氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜。

9、優(yōu)選的，s1中，六方氮化硼和羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比為1：(2～6)，六方氮化硼和羥乙基纖維素的質(zhì)量比為1：(2～6)。

10、優(yōu)選的，s1中：將六方氮化硼加入到羧甲基纖維素鈉水溶液中，之后攪拌40～50h，得到第一懸浮液；將六方氮化硼加入到羥乙基纖維素水溶液中，之后攪拌40～50h，得到第二懸浮液。

11、優(yōu)選的，s2按如下過(guò)程，分別得到第一分散液和第二分散液：

12、將均質(zhì)后的第一懸浮液先在7000～9000rpm的條件下離心，之后倒去上清液再用去離子水洗滌1～2次，得到第一分散液；

13、將均質(zhì)后的第二懸浮液先在7000～9000rpm的條件下離心，之后倒去上清液再用去離子水洗滌1～2次，得到第二分散液。

14、進(jìn)一步，s2采用相同的去離子水洗滌工藝得到第一分散液和第二分散液，所述的去離子水洗滌工藝如下：

15、每次洗滌時(shí)，先加入去離子水，之后在3000～4000rpm的條件下離心10～20min，再倒去上清液。

16、優(yōu)選的，s3中所述的芳綸納米纖維分散液按如下過(guò)程得到：

17、按1g：1.5g：500ml的比例，將對(duì)位芳綸纖維和koh分散到dmso中，得到濃度為2mg/ml的芳綸納米纖維分散液。

18、進(jìn)一步，s3中第一分散液中的氮化硼納米片與相應(yīng)芳綸納米纖維分散液中芳綸納米纖維的質(zhì)量比為4:1，第二分散液中的氮化硼納米片與相應(yīng)芳綸納米纖維分散液中芳綸納米纖維的質(zhì)量比為4:1。

19、優(yōu)選的，s3中所述的成膜工藝依次為真空抽濾和熱壓。

20、進(jìn)一步，所述的熱壓在210～230℃下進(jìn)行8～12min。

21、一種由上述任意一項(xiàng)所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法得到的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

23、本發(fā)明一種聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，將h-bn分散到cmc水溶液和hec水溶液中，可通過(guò)調(diào)整兩個(gè)聚合物水溶液的濃度，進(jìn)而調(diào)整溶液對(duì)h-bn的包覆程度，避免h-bn的聚合，依靠撞擊均質(zhì)通道的內(nèi)壁以及剝離過(guò)程中的剪切力，制備出高橫縱比、低缺陷的bnns，提高bnns的本征熱導(dǎo)率。越粘的溶液對(duì)h-bn的包覆面越大而更能保護(hù)h-bn免受撞擊，越不利于剝離h-bn和得到高橫縱比的bnns，及保持bnns的橫向尺寸，因此將兩者與去離子水的質(zhì)量比最高調(diào)整為1.5％可平衡包覆與高剪切速率下剝離的相互作用，質(zhì)量比低于0.5％包覆效果差，h-bn容易聚合。本發(fā)明充分利用cmc與hec易溶于水且增稠的特性，來(lái)提高溶液的粘度，其水溶液也具有良好的分散性，能夠有效地增加兩個(gè)聚合物顆粒在水中的分散度和穩(wěn)定性，保障h-bn在均質(zhì)過(guò)程中良好分散及均質(zhì)過(guò)程中體系的流動(dòng)。cmc的增稠性較高，可以在較低的濃度下提供較合適的粘度，在高剪切速率下表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，有利于保持體系的均勻性和穩(wěn)定性；hec的增稠性相對(duì)較低，在高剪切速率下能提供較合適的粘度，同時(shí)hec作為非離子型聚合物，不帶電荷，這使得它可高度兼容，不會(huì)引起不良反應(yīng)。本發(fā)明以芳綸納米纖維(anf)為聚合物基底，bnns為導(dǎo)熱填料，盡可能的剝離h-bn，且不損害橫向尺寸，得到尺寸大、厚度小的氮化硼納米片，提高了bnns的本征熱導(dǎo)率，在填充過(guò)程中搭建氮化硼導(dǎo)熱通道，導(dǎo)熱通道的建立有利于聲子傳遞，使得熱量迅速擴(kuò)散，最終提高氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合薄膜的熱導(dǎo)率。

技術(shù)特征：

1.一種聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，s1中，六方氮化硼和羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比為1：(2～6)，六方氮化硼和羥乙基纖維素的質(zhì)量比為1：(2～6)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，s1中：將六方氮化硼加入到羧甲基纖維素鈉水溶液中，之后攪拌40～50h，得到第一懸浮液；將六方氮化硼加入到羥乙基纖維素水溶液中，之后攪拌40～50h，得到第二懸浮液。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，s2按如下過(guò)程，分別得到第一分散液和第二分散液：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，s2采用相同的去離子水洗滌工藝得到第一分散液和第二分散液，所述的去離子水洗滌工藝如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，s3中所述的芳綸納米纖維分散液按如下過(guò)程得到：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，s3中第一分散液中的氮化硼納米片與相應(yīng)芳綸納米纖維分散液中芳綸納米纖維的質(zhì)量比為4:1，第二分散液中的氮化硼納米片與相應(yīng)芳綸納米纖維分散液中芳綸納米纖維的質(zhì)量比為4:1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，s3中所述的成膜工藝依次為真空抽濾和熱壓。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法，其特征在于，所述的熱壓在210～230℃下進(jìn)行8～12min。

10.一種由權(quán)利要求1～9中任意一項(xiàng)所述的聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜的制備方法得到的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物輔助剝離的氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜及制備方法，所述方法將六方氮化硼分別分散到羧甲基纖維素鈉水溶液和羥乙基纖維素水溶液中，得到第一和第二懸浮液；之后在75～90MPa下均質(zhì)并分離其中的聚合物，將所得分散液分別與芳綸納米纖維分散液混合均勻，之后成膜得到氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合導(dǎo)熱薄膜。本發(fā)明在CMC水溶液和HEC水溶液中引入h?BN，在一定壓力下對(duì)h?BN進(jìn)行剝離，可通過(guò)改變粘度的方式改變對(duì)h?BN的包覆程度，進(jìn)而改變均質(zhì)過(guò)程中h?BN對(duì)均質(zhì)通道的碰撞力與剪切力，制備高橫縱比、低缺陷的BNNS，提升BNNS的本征熱導(dǎo)率，最終提高氮化硼納米片/芳綸納米纖維復(fù)合薄膜的熱導(dǎo)率。

技術(shù)研發(fā)人員：俄松峰,李章秭,陸趙情,黃凱悅,王淵,寧逗逗,李楠,張馨儀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/11