[发明专利]一种定向修补结构缺陷的导热填料、制备方法及复合含能材料有效

专利信息
申请号: 201911144011.6 申请日: 2019-11-20
公开(公告)号: CN110845282B 公开(公告)日: 2021-04-02
发明(设计)人: 何冠松;孟力;孙银双;田新;戴宇;王鹏 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院化工材料研究所
主分类号: C06B23/00 分类号: C06B23/00;C06B25/34
代理公司: 四川省成都市天策商标专利事务所 51213 代理人: 胡慧东
地址: 621000*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 定向 修补 结构 缺陷 导热 填料 制备 方法 复合 材料
【说明书】:

本发明公开了一种定向修补结构缺陷的导热填料、制备方法及复合含能材料,所述定向修补结构缺陷的导热填料总重量为100%计,包括50%~90%的导热填料,10%~50%的高导热纳米金属颗粒,纳米金属颗粒选择性镶嵌在导热填料的结构缺陷处。还原的高导热纳米金属颗粒有选择性镶嵌在碳纳米材料缺陷处,进行缺陷修补和结构补强,可增强导热填料的本征热导率。本发明操作步骤简单,具有针对性修补导热填料结构缺陷的技术优势和普适性,易于实现和放大,将修补后的导热填料应用到复合含能材料中,可明显进一步提升材料的热导率,具有重要的推广和应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域,具体涉及一种定向修补结构缺陷的导热填料、制备方法及复合含能材料。

背景技术

复合含能材料一般由大量的炸药晶体和少量的高分子粘结剂组成,既可保持高能炸药的爆轰性能,又具有易于成型和加工的优点,广泛应用于民用以及武器系统中。然而,复合含能材料中的典型含能炸药晶体和高分子粘结剂均是热的不良导体,热导率小于0.5Wm-1K-1,在面临复杂环境时,热量很难及时传递,炸药部件内部容易产生温度梯度,导致热膨胀不均匀而产生热应力,影响复合含能部件的使用性能。为满足使用需求,提高复合含能材料的热导率是现阶段亟需解决的一个关键问题。由于结构的特殊性,通过添加高导热填料,特别是纳米碳材料,来增强复合含能材料的热导率是最简便和可行的方法。

然而高导热填料在制备过程中(如石墨烯的氧化还原或剥离过程)无法获得的完美结构,会产生空位和含氧基团等晶格缺陷,结构缺陷会使声子传导能力的急剧下降,导致导热填料实际导热系数远低于理论值。如文献(Appl.Surf.Sci.,2012,258,9926-9931)报道石墨烯缺失的碳原子达到25个(相当于缺陷浓度为1.56%)时,拓扑型晶格缺陷会显著增加声子的散射从而降低石墨烯的热传导能力,下降可达40%。因此,尽管很多导热填料具有理论超高热导率,但本征结构缺陷的存在使声子传递严重受阻,复合材料的热导率实际提升很有限,无法发挥导热填料超高热导率的优势,这也是目前制约复合材料导热领域发展的一个重要瓶颈。

为进一步提升填充型复合材料的热导率,朱朋莉等(CN106674603A)发明了一种导热六方氮化硼杂化材料及其制备方法与应用,通过在氮化硼表面引入银纳米颗粒,所得导热六方氮化硼杂化材料性能稳定,导热提升体现出一定的协同效应。刘孝峰等(CN106317887A)发明了一种LED用聚多巴胺功能修饰的高导热硅橡胶热界面材料及制备方法,负载的银颗粒对导热有辅助提升效果,但是所用的还原层聚多巴胺会影响填料间的接触传热,导致热导率提升有限。同样的效果在夏云等(CN106221227A)的发明专利中也有所体现。上述发明专利均提出了负载银纳米颗粒可以协同提升导热填料的热导率,但均无法解决所用的聚合物还原包覆层对导热填料产生的热绝缘覆盖效应,及银纳米颗粒的无规和过量覆盖会产生热传导间隙问题,导致实际的热导率提升不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种定向修补结构缺陷的导热填料、制备方法及复合含能材料。巧妙利用高导热填料制备过程中产生含氧基团等晶格缺陷与还原位点形成二配位共价键的作用,进一步定向还原金属离子,实现对导热填料结构缺陷进行选择性修补的目的。还原的高导热纳米金属颗粒有选择性镶嵌在碳纳米材料缺陷处,进行缺陷修补和结构补强,可增强导热填料的本征热导率。相比于已有的公开资料,本发明能实现定点修补,更加充分和高效利用金属粒子的协同提升导热效果。应用于复合含能材料导热增强当中,相比于未修补的导热填料填充的复合材料,可以进一步提升复合材料的热导率。

为了达到上述的技术效果,本发明采取以下技术方案:

一种定向修补结构缺陷的导热填料,所述定向修补结构缺陷的导热填料总重量为100%计,包括50%~90%的导热填料,10%~50%的高导热纳米金属颗粒,纳米金属颗粒选择性镶嵌在导热填料的结构缺陷处。

其中导热填料缺陷处定向引入的还原位点为亚锡离子,选择性与导热填料含氧缺陷处的羟基或羧基以二配位共价键的形式结合。

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