[发明专利]一种纤维素纳米纤丝-氮化铝复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维素纳米纤丝‑氮化铝复合材料的制备方法，以纤维素纳米纤丝和纳米氮化铝粉末为原料，将纤维素纳米纤丝与纳米氮化铝粉末在水中混合，在超声处理下通过氢键发生自由组合得到。本发明的制备方法操作简单，绿色环保，副产物少，得率高，易于工业化生产。本发明制得的纤维素纳米纤丝‑氮化铝复合材料具有较高的机械强度，拉伸强度和裂断伸长率可分别达到119.3～142.5MPa和2.0～2.4％。该复合材料可制成膜或者纸页等便携、可折叠的形式，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。

技术领域

本发明属于木质纤维素类生物质高值化利用技术领域，具体是一种纤维素纳米纤丝-氮化铝复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子器材在小型化、高速、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、高电阻率低成本材料成为电子器件制备亟待解决的问题。聚合物材料具有优良的加工性能和较低的成本，从而被引起了越来越多的关注。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纸质薄膜，可以在沿平面方向散热。

氮化铝(AlN)是金刚石氮化物，具有导热性能好、热膨胀系数小、电绝缘体、介电常数低等优点，因而是良好的导热材料，其中AlN薄膜常被应用于光学、电学、机械等方面。研究表明AlN作为绝缘材料特别理想，原因在于AlN的介电系数在8～9之间，这样就可以代替传统SiO₂材料，作为绝缘层应用在高温电子器件中。例如，AlN可以用在太阳能电池增透膜、真空紫外光源、探测器以及大功率高温电子器件封装等。近年来，对GaN为主的发光二极管或者探测器的研究特别多，其发展也很好，但是制备GaN材料比较困难，由于AlN与 GaN有很好的晶格匹配和热匹配，而且制备AlN薄膜简便可行，使得AlN部分替代GaN成为可能。氮化铝还可以作为聚合材料的增强相，增强聚合物的导热性能。

纤维素纳米纤丝膜具有各向异性导热系数和较为理想的力学性能，可以在沿平面方向散热。然而，纯纤维素纳米纤丝材料的导热系数仅在0.1W·m^-1·K^-1左右，限制了其作为导热材料，如果引入一些高导热系数填充物以提高其导热系数，但会导致其机械强度下降。因此，制备一种具有较强高机械性能的高导热纤维素纳米纤丝复合材料，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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种纤维素纳米纤丝-氮化铝复合材料的制备方法，制得的纤维素纳米纤丝-氮化铝复合材料具有较高的机械强度，拉伸强度和裂断伸长率可分别达到119.3～142.5MPa和2.0～2.4％。

本发明所要解决的技术问题，通过以下技术方案予以实现：

一种纤维素纳米纤丝-氮化铝复合材料的制备方法，以纤维素纳米纤丝和纳米氮化铝粉末为原料，将纤维素纳米纤丝与纳米氮化铝粉末在水中混合，在超声处理下通过氢键发生自由组合得到。

所述纳米氮化铝粉末与纤维素纳米纤丝的重量比为1:15～31。

所述超声处理的功率为600～800W，超声处理的时间为4～6小时。

上述制备方法，还包括超声处理后进行干燥，所述干燥温度为40～55℃，干燥时间为 35～42分钟。