[发明专利]一种具有协同作用的三元互穿网络高导热水凝胶复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有协同作用的三元互穿网络高导热水凝胶复合材料的制备方法，以氮化硼和碳纳米管作为填料，利用二者的晶体结构相似，可以产生良好的协同作用，本发明采用分步互穿聚合的方法，添加不同含量配比的氮化硼和碳纳米管，均匀分散至三元互穿水凝胶基体中，制备具有高导热的水凝胶复合材料，整个制备过程流程明确，操作也较为简便。本发明通过网络互穿的形式能使几种具有不同功能的聚合物形成稳定的结合，从而实现组分之间性能的互补，具有良好的力学性能，通过添加导热填料使聚合物在保持高分子复合材料柔性的同时兼顾材料的高导热性能，可广泛应用于电子元器件散热、纳米复合材料的热传导领域。

技术领域

本发明涉及一种导热水凝胶，具体涉及一种具有协同作用的三元互穿网络高导热水凝胶复合材料的制备方法。

背景技术

随着小型微电子化和高度集成化的快速发展，材料的导热性能已成为微电子制造工艺中的关键技术。电子设备难以快速散热，导致芯片温度急剧上升，从而导致器件低效率和低寿命，因此，迫切需要研究具有良好热传导和优异机械性能的材料。

水凝胶是一种具有三维空间网状结构的新型高分子材料，由于其良好柔性以及生物相容性在工业、农业、生物医药等领域有广泛的应用，但传统的水凝胶力学性能较差、强度低，容易发生永久性断裂，且它们内部的结构单一，导热性能低，在很大程度上限制了它们的应用范围。为了改善这些问题，本发明利用互穿网络结构制备水凝胶，使得材料的力学性能有明显提高，通过添加导热填料，利用协同作用，有效的增加水凝胶复合材料的热传导特性。

发明内容

本发明提供了一种具有协同作用的三元互穿网络高导热水凝胶复合材料的制备方法。本发明选用氮化硼和碳纳米管作为导热填料，通过二者的协同作用提高水凝胶的导热性能，利用三元互穿的网络结构增强水凝胶力学特性，获得的水凝胶复合材料具有优异的力学性能以及良好的热传导特性。

本发明具有协同作用的三元互穿网络高导热水凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：导热填料的预处理

称取导热填料分散于50mL正己烷中，超声分散均匀，减少团聚现象，然后再去除正己烷，得到预处理的导热填料，备用；

步骤2：半互穿网络结构水凝胶的制备

称取1-2份PVA加入去离子水中，搅拌至完全溶解，然后将15-20份的AMPS加入去离子水中溶解，将获得AMPS溶液加入PVA溶液中，同时再加入0.03-0.05份交联剂及0.04-0.06份引发剂，N₂保护下恒温(60℃)反应2～4h，得到PVA-PAMPS半互穿网络结构水凝胶；

步骤3：三元互穿网络高导热水凝胶复合材料的制备

将步骤2获得的PVA-PAMPS半互穿网络结构水凝胶加入溶解有8-10份AA的水溶液中(10ml去离子水)，同时添加步骤1预处理的导热填料，0.06-0.08份引发剂和0.08-0.1份交联剂，在密闭反应器中于30℃反应2～3h，使丙烯酸、氮化硼和多壁碳纳米管在凝胶中均匀扩散，充分洗涤去除未反应的单体及杂质，得到PVA-PAMPS-PAA三元互穿网络导热水凝胶复合材料。

上述所述份额均为质量份。

步骤1中，所述导热填料为氮化硼和多壁碳纳米管，氮化硼在导热填料中的占比为60％～90％，余量为碳纳米管。

所述氮化硼尺寸为100nm，多壁碳纳米管内径5-8nm、外径10-15nm。

步骤3中，预处理的导热填料的添加量为1～3wt％，以单体总质量计。所述单体的总质量是指PVA、AMPS和AA的总质量。

所述交联剂包括二甲基丙烯酸乙二醇脂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种。

所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾中的任意一种。