[发明专利]纳米碳包裹氮化硼复合粉体、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳米包裹粉体及其制备方法，特别涉及到一种纳米碳包裹氮化硼复合粉体、其制备方法及应用。

背景技术

随着国民经济的快速发展，对高效散热技术的需求急剧膨胀，使得传统材料承受着巨大的性能提升压力。现有散热方式主要有热传导、对流和辐射散热方式，但目前还是以热传导散热为主，但是在受尺寸、空间和成本等要素限制而无法采用强制对流散热时，仅通过热传导方式越来越不能满足需求。尤其是电子器件大规模化和微小型化的潮流趋势，探索新型散热技术显得尤其迫切，将热传导与辐射散热结合的方式无疑是重要的解决途径。

氮化硼和纳米碳材料（例如碳纳米管、石墨烯）都具有很高的热导率，其粉体材料是热管理材料的重要填料。尤其是碳纳米管，其中理论热导率高达5000 W/mK，且比表面积巨大，被誉为世界上最黑的物质，对光线的折射率只有0.045%，吸收率高达99.5%以上，辐射系数接近绝对黑体的1.0。因此纳米碳材料用作散热填料可同时发挥其热传导散热和红外辐射散热的功能，是高性能散热材料中的优秀填料。但是由于纳米碳材料巨大的表面积和一维或二维结构导致纳米碳材料在基体材料中分散困难，且难以获得高体积含量。且由于热传导机制的不同，研究发现纳米碳材料的添加对热导率的提高并不如对电导率的提高那么显著，远远低于人们所期望。

与此同时，微米级尺度的氮化硼是一种常用的导热填料，其分散工艺要求远低于对纳米碳材料的要求，且其大尺寸颗粒更利于形成有效导热通道。但其红外辐射率取偏低，无法充分发挥多种散热模式的作用。

目前复合材料中纳米碳材料和氮化硼仅作为单独填料分别或者同时混合添加，例如ＣＮ100590069Ａ公开了一种制备氮化硼包覆碳纳米管或纳米线及氮化硼纳米管的方法，其采用金属硼氢化物、氟硼酸盐作硼源，铵盐作氮源，并借助原位包裹工艺获得了氮化硼-碳纳米管复合材料，但是该复合材料系将纳米碳材料包裹在材料内部，使纳米碳材料的红外辐射特性无法良好发挥。因此，设计开发新型散热填料依然具有重要紧迫性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种纳米碳材料包裹氮化硼复合粉体，其能有效克服现有技术中的不足。

本发明的目的之二在于提供一种制备前述纳米碳材料包裹氮化硼复合粉体的方法。

本发明的目的之三在于提供前述纳米碳材料包裹氮化硼复合粉体在制备散热材料或散热装置中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种纳米碳包裹氮化硼复合粉体，包含纳米碳材料和氮化硼，其中纳米碳材料均匀吸附包裹在氮化硼表面，形成复合包裹结构。

优选的，所述纳米碳包裹氮化硼复合粉体包含0.1-30wt%纳米碳材料和70-99.9wt%氮化硼。

进一步的，所述纳米碳材料包括碳纳米管和/或石墨烯材料，所述碳纳米管包括多壁碳纳米管、少壁碳纳米管和单壁碳纳米管中的任意一种或两种伊桑的组合，所述石墨烯材料包括石墨烯和/或石墨烯微片。

进一步的，所述碳纳米管直径优选为0.4 nm-100 nm，长度优选为50 nm-25μm，所述石墨烯材料的厚度优选为0.34 nm-10 nm，平均直径优选为500 nm-100μm。

进一步的，所述氮化硼优选采用平均粒径在500 nm-150μm的六方晶系氮化硼颗粒。

一种纳米碳包裹氮化硼复合粉体的制备方法，包括：将羧基化纳米碳材料分散于水中，并在伴以搅拌的条件下，分批加入氨基功能化氮化硼粉体，充分搅拌混合后过滤，将滤出物真空干燥，获得所述纳米碳包裹氮化硼复合粉体。

在一典型实施方案中，该制备方法可以包括：将纳米碳材料原料加入浓度为2-8M的硝酸溶液中，在100-140℃回流1-24 h，而后过滤，将滤出物洗涤至中性，获得所述羧基化纳米碳材料。

在一典型实施方案中，该制备方法还可以包括：包括：采用氧化石墨烯作为纳米碳材料原料制备羧基化纳米碳材料，并以所获羧基化纳米碳材料制备所述复合粉体，而后对所获复合粉体进行氧化石墨烯还原处理，其中采用的氧化石墨烯还原工艺包括高温热还原、微波还原、还原剂气相或液相还原工艺，其中采用的还原剂包括氢气、硼氢化钠、水合肼、抗坏血酸、柠檬酸、氢碘酸或氢溴酸。

在一典型实施方案中，该制备方法可以包括：将氮化硼粉体分散在无水溶剂中，加入占氮化硼粉体重量1-30%的氨基偶联剂，混合搅拌1-24 h，随后在70-100℃搅拌30min-1h，过滤并收集滤出物，获得所述氨基功能化氮化硼粉体。