一种羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜及制备方法

本发明涉及纤维基复合薄膜制备领域，具体为一种羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜及制备方法。

背景技术：

1、散热对电子设备的性能、寿命和可靠性至关重要。随着通信技术和电子技术的快速发展，使得散热问题在集成电子封装、发光二极管、储能和航空航天等领域更加突出。

2、目前的散热器种类繁多，但大多数的散热器都是直接接触电子元件的表面，直接吸收热量然后排出。当然对于一般的电子器件而言，这种通过散热器直接带走热量的方式可以勉强满足其散热方面的需求。然而就大型精密仪器而言，其散热的功率远远达不到仪器的散热要求。因此，需要新的高导热材料来帮助解决这一挑战。在此背景下，高性能热界面材料(tims)受到了广泛关注。但是，其在导热性能方面仍然存在问题，比如热导率(tc)仍然较低。

3、选取本征tc较高的填料和聚合物基体是提升tim导热性能的一种有效方法。常见的无机导热填料分为三种：金属材料、碳基材料和陶瓷材料。其中，金属材料会提高聚合物复合材料的导电性及密度，降低材料的化学稳定性，且易被腐蚀，限制其在电绝缘领域中的应用。碳基材料难以在基底中均匀分散，且同样具有高导电性，因此可能会造成电子设备的间歇性故障，限制了它们作为填料的应用范围。然而，陶瓷材料制备出的复合材料可以兼具高导热性和电绝缘的特性。作为陶瓷材料之一的氮化硼纳米片(bnns)，具有高化学稳定性、电绝缘性和耐化学腐蚀性，因此可以用bnns来提升tims的导热性能，但目前大多数聚合物固有的低tc严重限制了它们在需要高tc值和快速散热领域的广泛应用，因此无法与bnns来复合，进而难以提升tims的导热性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜及制备方法，以对位芳纶纳米纤维(anf)为聚合物基底，bnns作为导热填料，通过真空抽滤和热压法，赋予复合材料优异的导热性能。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

4、s1，将六方氮化硼在羟乙基纤维素水溶液中球磨，六方氮化硼和羟乙基纤维素水溶液中羟乙基纤维素的质量比为(1～3)：(0.3～0.5)，之后用去离子水去除羟乙基纤维素，得到氮化硼纳米片/水悬浮液；

5、将对位芳纶纤维和koh在二甲基亚砜中分散均匀，对位芳纶纤维和koh的质量比为(300～500)：(300～500)，得到对位芳纶纳米纤维/二甲基亚砜分散液；

6、s2，将氮化硼纳米片/水悬浮液均质后与对位芳纶纳米纤维/二甲基亚砜分散液混合均匀，之后依次真空抽滤、热压，得到羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜。

7、优选的，s1中所述的羟乙基纤维素水溶液中，羟乙基纤维素和去离子水的比例为(300～500)mg：(100～300)ml。

8、优选的，s1中六方氮化硼与羟乙基纤维素水溶液的比例为(1～3)g：(10～30)ml，六方氮化硼在所述羟乙基纤维素水溶液中球磨12～24h。

9、优选的，s1将球磨后的悬浮液用30～50ml的去离子水洗涤3～5次，之后用去离子水稀释至氮化硼纳米片的浓度为1～4mg/ml，得到氮化硼纳米片/水悬浮液。

10、优选的，s1以300～400rpm的速率，将对位芳纶纤维和koh在二甲基亚砜中搅拌156～180h，得到对位芳纶纳米纤维/二甲基亚砜分散液。

11、进一步，所述koh和二甲基亚砜的比例为(300～500)mg：(100～300)ml。

12、优选的，s2将氮化硼纳米片/水悬浮液在50～90mpa条件下均质120～180min。

13、优选的，s2中所述的真空抽滤在0.06～0.09mpa条件下进行10～20min。

14、优选的，s2中所述的热压在200～240℃条件下进行10～15min。

15、一种由上述任一项所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法得到的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明一种羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，以对位芳纶纳米纤维(anf)为聚合物基底，氮化硼纳米片(bnns)作为导热填料，其中采用羟乙基纤维素辅助球磨六方氮化硼，制备一种横向尺寸大且厚度小的高纵横比bnns，可以大大提高bnns的本征热导率，而anf的本征tc值1.07w m-1k-1，高于其他聚合物，使复合材料的界面密度更低、界面的接触面积更大，导致声子平均自由程更长，声子散射减少，赋予复合材料优异的导热性能。通过真空抽滤和热压法，使anf与bnns有效复合，并且使bnns面内取向，构建面内连续的导热网络，使复合材料具备良好的导热性能，满足能够应用于高导热需求的领域。

技术特征：

1.一种羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1中所述的羟乙基纤维素水溶液中，羟乙基纤维素和去离子水的比例为(300～500)mg：(100～300)ml。

3.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1中六方氮化硼与羟乙基纤维素水溶液的比例为(1～3)g：(10～30)ml，六方氮化硼在所述羟乙基纤维素水溶液中球磨12～24h。

4.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1将球磨后的悬浮液用30～50ml的去离子水洗涤3～5次，之后用去离子水稀释至氮化硼纳米片的浓度为1～4mg/ml，得到氮化硼纳米片/水悬浮液。

5.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1以300～400rpm的速率，将对位芳纶纤维和koh在二甲基亚砜中搅拌156～180h，得到对位芳纶纳米纤维/二甲基亚砜分散液。

6.根据权利要求5所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述koh和二甲基亚砜的比例为(300～500)mg：(100～300)ml。

7.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，s2将氮化硼纳米片/水悬浮液在50～90mpa条件下均质120～180min。

8.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，s2中所述的真空抽滤在0.06～0.09mpa条件下进行10～20min。

9.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法，其特征在于，s2中所述的热压在200～240℃条件下进行10～15min。

10.一种由权利要求1～9中任一项所述的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜的制备方法得到的羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜。

技术总结
本发明一种羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜及制备方法，将六方氮化硼在羟乙基纤维素水溶液中球磨，之后用去离子水去除羟乙基纤维素，得到氮化硼纳米片/水悬浮液；将对位芳纶纤维和KOH在二甲基亚砜中分散均匀，得到对位芳纶纳米纤维/二甲基亚砜分散液；将氮化硼纳米片/水悬浮液均质后与对位芳纶纳米纤维/二甲基亚砜分散液混合均匀，之后依次真空抽滤、热压，得到羟乙基纤维素球磨的氮化硼纳米片/芳纶纳米纤维复合薄膜。本发明以对位芳纶纳米纤维(ANF)为聚合物基底，BNNS作为导热填料，通过真空抽滤和热压法，赋予复合材料优异的导热性能。

技术研发人员：俄松峰,黄凯悦,陆赵情,刘佳毅,宁逗逗,李楠,张馨仪
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15