本发明属于木质纤维素类生物质高值化利用技术领域，具体是一种高导热柔性纤维素纳米纸的制备方法。
背景技术
随着电子器件在小型化、大功率等方面的快速发展，由电子器件局部产生的强热不可避免地产生了热故障、性能下降、寿命损耗等问题，使电子器件的散热问题变得日益紧迫。开发高导热系数、低热膨胀系数、低介电常数、高电阻率及低成本材料成为电子器件制备亟待解决的问题。
氮化铝粒子由于具有高导热系数(320w/mk)、高电阻率(大于1014ωm)、较低的介电常数和介电损耗、低热膨胀系数和无毒等一系列优良特性而受到广泛研究，成为导热绝缘的理想材料。氮化铝薄膜常被应用于机械、电学、光学等方面。
目前电子产品导热的材料主要是各向同性的聚合物复合材料和热导电填料，因为它们具有良好的加工性能、良好的灵活性和较低的成本。与各向同性导热材料相比，具有各向异性导热系数和理想力学性能的纤维素纳米纤丝膜，可以在沿平面方向散热，尤其对于发展下一代便携式和可折叠的电子器件来说是非常需要的。然而，纯纤维素纳米纤丝的热膨胀系数高，做导热材料效果不好。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种高导热柔性纤维素纳米纸的制备方法，该方法制得的高导热柔性纤维素纳米纸具有较高的导热性能，导热系数可达到1.24～4.90w/mk。
本发明所要解决的技术问题，通过以下技术方案予以实现：
一种高导热柔性纤维素纳米纸的制备方法，向纤维素纳米纤丝中加入蒸馏水配置成质量分数为0.2％的悬浮液，超声处理1小时，超声功率为50w，然后加入氮化铝纳米片，搅拌3～4小时，再超声处理10～12小时，超声功率为200～300w，超声处理结束后，将混合溶液进行离心，取上清液抽滤成膜，干燥后，制得高导热柔性纤维素纳米纸。
所述干燥为真空干燥，干燥温度为50～60℃，干燥时间为20～24h。
所述氮化铝纳米片与纤维素纳米纤丝的重量比为1:2.1～9.7。
所述纤维素纳米纤丝的制备步骤为：向漂白蔗渣浆中加入蒸馏水调节浆浓至2.5％，经疏解机疏解20～25min，然后采用磨浆机进行磨浆，控制两磨盘之间的间隙在0点以下负4格，磨浆道数为6～8道，磨浆结束后，采用均质机进行均质处理，制得直径为48～72nm的纤维素纳米纤丝。该制备步骤得到的纳米纤维素纤丝具有较小的尺寸和较大的比表面积，更有利于氮化铝纳米片与纤维素纳米纤丝分散均匀，以及纤维素纳米纤丝表面大量的羟基形成氢键结合。
本发明以纤维素纳米纤丝作为基体，负载氮化铝纳米片，以制备具有较高导热性能的纤维素纳米纸。由于一维的纤维素纳米纤丝使得氮化铝纳米片间的接触更少，本发明将纤维素纳米纤丝-氮化铝悬浮液进行超声处理和抽滤，使氮化铝纳米片整齐均匀排列，使它们有更大的机会相互接触和互相重叠，从而可以在纤维素纳米纤丝上形成高效和连续的氮化铝网络结构，在很大程度上减少了面内的热阻。氮化铝纳米片的添加量、是否分散均匀都会影响纤维素纳米纸的导热性能，添加量减少则会降低导热性能，添加量增多会导致力学性能下降，分散不均匀会降低纤维素纳米纸的导热性能。本发明通过控制氮化铝纳米片的添加量使制得的纤维素纳米纸具有较高的导热性能。纤维素纳米纤丝的极性和亲水性都很强，而氮化铝是非极性和疏水性，两者的极性相差很大，导致两者的分散性不好，本发明采用超声处理，通过控制超声处理的功率和时间，使氮化铝纳米片均匀分布在纤维素纳米纤丝上，纤维素纳米纤丝表面大量的羟基形成氢键结合，使制得的纤维素纳米纸结构稳定，具有较高的导热性能。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的制备方法，操作简单，成本低。
(2)本发明选用纤维素纳米纤丝和氮化铝纳米片作为原料，原料成本低，易得，均是环境友好型材料，无毒无害，有利于环境保护和废弃物处理。
(3)本发明制得的纤维素纳米纸具有较高的导热性能，导热系数可达到1.24～4.90w/mk。
(4)本发明采用纤维素纳米纤丝取代传统高分子聚合材料作为基体，负载氮化铝纳米片，制得具有较高导热性能的纤维素纳米纸，纤维素纳米纸可折叠、便携，使用方式灵活，可用于制备电子元件，是一种绿色可再生的材料，可有效推进绿色柔性电子器件的发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高导热柔性纤维素纳米纸的制备方法，具体步骤如下：
(1)纤维素纳米纤丝的制备：
取经过二氧化氯漂白后白度为90％iso的蔗渣浆，加蒸馏水调节浆浓至2.5％，经疏解机疏解20min，先使用mkza10-15j型磨浆机对蔗渣浆进行研磨，控制两磨盘之间的间隙在0点以下负4格，磨浆道数为6道，磨浆结束后，采用m-110eh-30型微射流均质机进行处理，得到纤维素纳米纤丝，其平均直径为72nm。
(2)纤维素纳米纤丝-氮化铝悬浮液的制备：
取步骤(1)中制得的纤维素纳米纤丝，向其中加入蒸馏水，配置成质量分数为0.2％的悬浮液，超声处理1小时，超声功率设置为50w，然后按重量比为1:9.7(氮化铝纳米片与纤维素纳米纤丝的重量比)加入氮化铝纳米片，搅拌混合溶液3小时，然后超声处理10小时，超声功率设置为200w，超声结束后，将混合溶液离心5min，转速为1000rpm。
(3)高导热柔性纤维素纳米纸的制备：
取步骤(2)中离心后溶液的上清液于直径为50mm的布什漏斗中，其中漏斗底部垫有孔径为0.18μm的聚四氟乙烯膜，抽滤成膜，将膜状复合材料和聚四氟乙烯膜一起放入干燥器中，采用真空干燥，干燥温度为50℃，干燥时间为24h，干燥后即可得到高导热柔性纤维素纳米纸。
本实施例制得的高导热柔性纤维素纳米纸具有较高的导热性能，导热系数可达到1.24w/mk。
实施例2
一种高导热柔性纤维素纳米纸的制备方法，具体步骤如下：
(1)纤维素纳米纤丝的制备：
取经过二氧化氯漂白后白度为90％iso的蔗渣浆，加蒸馏水调节浆浓至2.5％，经疏解机疏解22min，先使用mkza10-15j型磨浆机对蔗渣浆进行研磨，控制两磨盘之间的间隙在0点以下负4格，磨浆道数为7道，磨浆结束后，采用m-110eh-30型微射流均质机进行处理，得到纤维素纳米纤丝，其平均直径为61nm。
(2)纤维素纳米纤丝-氮化铝悬浮液的制备：
取步骤(1)中制得的纤维素纳米纤丝，向其中加入蒸馏水，配置成质量分数为0.2％的悬浮液，超声处理1小时，超声功率设置为50w，然后按重量比为1:4.6(氮化铝纳米片与纤维素纳米纤丝的重量比)加入氮化铝纳米片，搅拌混合溶液3.5小时，然后超声处理11小时，超声功率设置为250w，超声结束后，将混合溶液离心5min，转速为1000rpm。
(3)高导热柔性纤维素纳米纸的制备：
取步骤(2)中离心后溶液的上清液于直径为50mm的布什漏斗中，其中漏斗底部垫有孔径为0.18μm的聚四氟乙烯膜，抽滤成膜，将膜状复合材料和聚四氟乙烯膜一起放入干燥器中，采用真空干燥，干燥温度为55℃，干燥时间为22h，干燥后即可得到高导热柔性纤维素纳米纸。
本实施例制得的高导热柔性纤维素纳米纸具有较高的导热性能，导热系数可达到2.80w/mk。
实施例3
一种高导热柔性纤维素纳米纸的制备方法，具体步骤如下：
(1)纤维素纳米纤丝的制备：
取经过二氧化氯漂白后白度为90％iso的蔗渣浆，加蒸馏水调节浆浓至2.5％，经疏解机疏解25min，先使用mkza10-15j型磨浆机对蔗渣浆进行研磨，控制两磨盘之间的间隙在0点以下负4格，磨浆道数为8道，磨浆结束后，采用m-110eh-30型微射流均质机进行处理，得到纤维素纳米纤丝，其平均直径为48nm。
(2)纤维素纳米纤丝-氮化铝悬浮液的制备：
取步骤(1)中制得的纤维素纳米纤丝，向其中加入蒸馏水，配置成质量分数为0.2％的悬浮液，超声处理1小时，超声功率设置为50w，然后按重量比为1:2.1(氮化铝纳米片与纤维素纳米纤丝的重量比)加入氮化铝纳米片，搅拌混合溶液4小时，然后超声处理12小时，超声功率设置为300w，超声结束后，将混合溶液离心5min，转速为1000rpm。
(3)高导热柔性纤维素纳米纸的制备：
取步骤(2)中离心后溶液的上清液于直径为50mm的布什漏斗中，其中漏斗底部垫有孔径为0.18μm的聚四氟乙烯膜，抽滤成膜，将膜状复合材料和聚四氟乙烯膜一起放入干燥器中，采用真空干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为20h，干燥后即可得到高导热柔性纤维素纳米纸。
本实施例制得的高导热柔性纤维素纳米纸具有较高的导热性能，导热系数可达到4.90w/mk。
对比例1
与实施例1不同的是，氮化铝纳米片与纤维素纳米纤丝的重量比为1:10，其他工艺都相同时，制得的纤维素纳米纸的导热系数为仅为0.89w/mk。
对比例2
与实施例3不同的是，步骤(2)中的第二次超声处理的功率为100w，处理时间为8h，其他工艺都相同时，制得的纤维素纳米纸的导热系数仅为0.93w/mk。
对比例3
与实施例3不同的是，步骤(2)中的第二次超声处理的功率为320w，处理时间为8h，其他工艺都相同时，制得的纤维素纳米纸的导热系数仅为1.23w/mk。