[发明专利]一种氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料及制备方法和环氧树脂导热复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及纳米材料技术领域，提供了一种氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料的制备方法。本发明通过原位生长法在氮化硼纳米片上原位生长碳化硅纳米线，构筑制备“鸟巢状”异质结构，这种特殊形貌的异质结构使其在作为导热填料使用时，更易在环氧树脂基体中搭接形成高效的导热通路，可以在添加少量填料的情况下提高环氧树脂的导热性能；同时导热填料之间基于化学键合作用也有效避免更多界面热障的引入和导热填料团聚现象的发生，可以进一步提高环氧树脂的导热性能。实验结果表明，本发明提供的方法制备的氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料与环氧树脂复合得到的导热复合材料的热导率高达1.17W/mK，能够大幅度地提高环氧树脂的热导率。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料及其制备方法和环氧树脂导热复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂因其优异的电绝缘性、化学稳定性、良好的加工性能和耐热耐腐蚀性等诸多优点，广泛应用于电子行业及其相关领域。但纯环氧树脂的导热系数(λ)较低，一般在0.2W/mK左右，难以满足高端电子元器件的高效散热需要。目前，围绕电子器件设备用环氧树脂导热、电绝缘的双重要求，国内外相关研究工作大多通过在环氧树脂基体中添加导热填料来提升其导热性能。然而，为了实现环氧树脂所希冀的导热性能，通常需要添加大量的导热填料才能实现其目标，这也随之带来成本提升、加工性能差、导热填料团聚和环氧树脂复合材料力学性能急剧下降的问题。

相比直接共混的混杂导热填料，异质结构导热填料更易形成高效的导热通路，可以用于提高环氧树脂的导热性能。虽然这种异质结构的导热填料可以在一定程度上提高环氧树脂的导热性能，但对环氧树脂的导热性能提高程度有限。比如中国专利CN110964228A利用氮化硼-碳化硅制备的导热填料，在填料的添加量为20wt％时，最高仅能将环氧树脂导热复合材料的热导率提高到0.89W/mK。因此，亟需开发一种能够大幅度提高环氧树脂的导热性能的导热填料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料及其制备方法和环氧树脂导热复合材料及其制备方法，本发明提供的氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料能够大幅度提高环氧树脂的导热性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质碳源、正硅酸乙酯、盐酸和无水乙醇混合，进行水解反应，得到BL-Si前驱体溶胶；

(2)将所述步骤(1)得到的BL-Si前驱体溶胶与氮化硼分散液混合，得到氮化硼-碳化硅前躯体分散液；所述混合的温度为40～70℃，混合的时间为3～6h；

(3)将所述步骤(2)得到的氮化硼-碳化硅前躯体分散液经干燥后，与碱液在室温下反应4～6h，得到氮化硼-碳化硅前躯体；

(4)将所述步骤(3)得到的氮化硼-碳化硅前躯体进行热处理，得到氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料；所述热处理在保护气下进行。

优选地，所述步骤(1)中的生物质碳源包括竹叶、竹炭和葡萄糖中的一种或多种。

优选地，所述步骤(1)中的盐酸的浓度为0.1～0.2mol/L。

优选地，所述步骤(1)中的生物质碳源和盐酸的质量与正硅酸乙酯和无水乙醇的体积比为(12～50)g：(0.3～1)g：(50～200)mL：(50～100)mL。

优选地，所述步骤(1)中的生物质碳源与所述步骤(2)中的氮化硼分散液中的氮化硼的质量比为1:4～2:1。

优选地，所述步骤(4)中的热处理的过程为：以2～5℃/min的升温速率升温至1400～1600℃，保温2～4h。