[发明专利]一种六方氮化硼/聚乙烯醇/木质素纳米颗粒/纳米纤维素导热复合膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种六方氮化硼(h‑BN)/聚乙烯醇(PVA)/木质素纳米颗粒(LNP)/纳米纤维素(CNF)导热复合膜材料及其制备方法，属于新能源与新材料技术领域。本发明通过真空抽滤h‑BN悬浮液得到h‑BN薄片，再将PVA/LNP/CNF混合悬浮液浇铸于h‑BN薄片上，干燥成型后得到h‑BN/PVA/LNP/CNF导热复合膜材料。绿色环保的CNF增强了BN/PVA导热复合膜的机械强度，提高了复合膜的导热系数；h‑BN具有优良的导热绝缘性能，与传统复合膜相比，这种导热复合膜具有更优异的机械强度性能及导热能力，可广泛应用于电子设备及其元器件内部导热和包装材料。

技术领域

本发明属于新能源与新材料技术领域，更具体地说，涉及一种六方氮化硼(h-BN)/聚乙烯醇(PVA)/木质素纳米颗粒(LNP)/纳米纤维素(CNF)导热复合膜材料及其制备方法。

背景技术

随着现代化电子设备和元器件不断向小型化、集成化、大功率化发展，导热绝缘的材料的研发越来越收到关注。在电子设备工作过程中，电子设备元器件内部将会产生大量的热，如果不能够将热量及时导出，热量的积聚不仅会影响电子设备和元器件的工作效率，缩短使用寿命，而且会造成器件损坏，甚至发生爆炸等危险事故，影响人身安全。导热绝缘材料可以有效及时的将器件内积累的热量传导出去，维持设备的正常运转。现在已经开发的绿色可降解的导热绝缘材料，普遍存在导热性能差、强度低等缺点。并且为了提高复合材料的强度，通常采用化学交联的方法，不仅工序复杂不易操作，而且许多交联剂的使用污染环境，不符合绿色环保的要求。为了保证导热材料的高效率使用，有效的把电子器件内部产生的热量及时传导出去，研发一种导热性能优良，机械强度好，可自然降解的环境友好型复合材料是非常有价值的。

PVA是一种生物可降解的高分子材料，制备工艺成熟，成膜性能好。室温下加热到90℃搅拌2-3h即可完全溶解形成均一溶液，是制备绝缘复合膜的理想原料。但PVA的本征热导率低，室温下PVA膜的导热系数只有0.28W/mK，无法直接应用为导热隔膜材料。六方氮化硼(h-BN)是一种非氧化物陶瓷材料，其晶体结构与石墨极为相似，面内(001)导热率达到180-200W/mK，且电绝缘。将PVA与h-BN复合可制备导热复合膜材料。目前，制备方法有共混、抽滤、纺丝、刮刀涂布、热压等，抽滤由于其操作过程简单方便而备受关注。但通过抽滤法制备的h-BN/PVA复合膜存在强度差，导热系数低等缺点，不能满足使用要求。因此，开发一种具有良好机械强度性能，导热性的新型PVA/h-BN复合膜具有巨大的应用价值。

纤维素和木质素是第一和第二大类天然可再生资源，广泛存在于植物体中。通过TEMPO与高压均质结合的方法制备的CNF具有长径比大、尺寸均一等优点，是一种有前途的、可持续的绿色增强材料。制浆过程中产生的黑液里含有丰富的木素，但通常黑液的形式浓缩后燃烧，无法得到有效的利用。因此，纤维素和木质素的高效利用成为研究热点，如何将纤维素、木质素协同应用于PVA/h-BN复合膜，提高复合材料的强度与导热能力，制备一种优异导热性能、良好机械强度的导热复合材料成为研究方向。

已有的PVA基导热绝缘膜材料，通常采用抽滤的方法先将导热矿物粉体颗粒抽滤成型，后复合PVA溶液的方法制得。上述方法的缺陷是抽滤过程中，导热填料之间存在许多孔隙，导致复合膜的机械强度变差，导热率变低，无法满足电子器件内部的散热要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种h-BN/PVA/LNP/CNF导热复合膜材料，具有优良的导热能力与机械强度。本发明所要解决的另一技术问题是提供所述h-BN/PVA/LNP/CNF导热复合膜材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种h-BN/PVA/LNP/CNF导热复合膜材料的制备方法，对h-BN悬浮液使用抽滤膜进行真空抽滤，得到h-BN薄片，再将PVA/LNP/CNF混合悬浮液浇铸于所述h-BN薄片上，干燥成型后即得h-BN/PVA/LNP/CNF导热复合膜材料。