[发明专利]一种基于凯夫拉纳米纤维的高强度导热膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于凯夫拉纳米纤维的高强度导热膜的制备方法，其特征在于，采用尿素功能化的氮化硼纳米片以及功能化的凯夫拉纳米纤维作为膜材组装体，通过减压抽滤自组装首先得到氮化硼纳米片/功能化凯夫拉纳米纤维复合薄膜，继而通过戊二醛交联提高其导热性能和机械性能，得到氮化硼纳米片/功能化凯夫拉纳米纤维复合膜，即基于凯夫拉纳米纤维的导热膜。本发明利用功能化的氮化硼纳米片以及表面改性的凯夫拉纳米纤维为组装体，通过戊二醛交联实现氮化硼纳米片与凯夫拉纳米纤维的化学交联结构，极大提升了复合膜材的拉伸强度，同时赋予复合膜优异的导热性能，该方法简单、有效，制得的高强度导热膜有望用于用于能源、电子等领域。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，具体涉及一种基于凯夫拉纳米纤维的高强度导热膜的制备方法。

背景技术

随着当代电子技术迅速的发展和电子元器件的集成程度的不断提高，在提供了强大的使用功能的同时，也导致了其工作功耗和发热量的急剧增大。高温将会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响。因此确保发热电子元器件所产生的热量能够及时的排出，已经成为微电子产品系统组装的一个重要方面，而对于集成程度和组装密度都较高的便携式电子产品，散热甚至成为了整个产品的技术瓶颈问题。

凯夫拉是由对位芳纶合成的拉伸强度极高的宏观纤维，网状结构的凯夫拉线的长分子链是由聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)构成的，链间形成的键使这种材料具有高的强度和热稳定性：拉伸强度约为3.6GPa。这种材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度为同等质量钢铁的5倍，但密度仅为钢铁的五分之一，因此受到人们的重视。虽然宏观凯夫拉在很多方面有着广泛的应用，但凯夫拉宏观的地位却限制其在复合材料中的潜在应用。事实上，宏观凯夫拉中包含了纳米级别的聚合物，经分析，不同酰胺基团上的氨基和羰基之间可以形成链间氢键，除此之外，苯环之间的Π-Π共轭相互吸引。因此想要制备凯夫拉纳米纤维需要破坏者两种力。经过对现有技术的检索发现，将宏观凯夫拉纤维加入到二甲基亚砜和氢氧化钾的溶液体系中，利用质子化的过程弱化分子间的强烈氢键，将宏观的凯夫拉纤维撕扯成凯夫拉纳米纤维，为凯夫拉纤维在复合材料上的应用提供了重要的方法。

氮化硼由于其高的导热率以及良好的绝缘性成为一种用途很广的导热填料。作为石墨烯的等电子体，氮化硼是由交替的B和N原子sp2杂化组成的六边形二维蜂窝状晶格结构。由于其结构与石墨烯类似，同样具备着许多优异的性能，从而也备受青睐。如氮化硼表现出良好的机械性能、高热稳定性和高导热性等。因此，可以预测到，氮化硼这种固有的高导热系数和机械强度将显著提高复合材料的导热性能和机械性能，但是大量的实验结果表明事实并不是预测的那样。填料对聚合物性能的提升主要来源于填料在聚合物中良好的分散以及与聚合物基体间的相互作用。因此，通常对BNNS的表面进行改性，增强其与聚合物基体之间的相互作用。将尿素功能化的氮化硼纳米片与磷酸功能化的凯夫拉纳米纤维复合制备纳米复合材料，能够显著地改善和提高复合材料的综合性能，同时赋予复合材料新的性能和特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何利用凯夫拉纳米纤维和功能化氮化硼的特性，解决电子元器件的散热问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于凯夫拉纳米纤维的高强度导热膜的制备方法，其特征在于，采用尿素功能化的氮化硼纳米片以及功能化的凯夫拉纳米纤维作为膜材组装体，通过减压抽滤自组装首先得到氮化硼纳米片/功能化凯夫拉纳米纤维复合薄膜，继而通过戊二醛交联提高其导热性能和机械性能，得到氮化硼纳米片/功能化凯夫拉纳米纤维复合膜，即基于凯夫拉纳米纤维的导热膜。

优选地，上述制备方法包括以下步骤：

步骤1)：将氮化硼粉末在800～1000℃的氮气炉中煅烧2～4h；

步骤2)：煅烧过后的氮化硼粉末与尿素在氮气气氛下熔融反应3～6h；

步骤3)：反应完成后，将得到的固体分散在去离子水中，超声剥离后，离心，过滤收集，洗涤、干燥，获得尿素功能化的氮化硼纳米片；