[发明专利]一种具有高热导率的纳米纤维素膜及其制备方法

说明书

本发明公开了具有高热导率的纳米纤维素膜，其特征在于，其由如下质量百分比的组分制成：导热填料0.1％～15％，多价金属盐离子0.1％～15％，纳米纤维素晶须0.1％～15％，纳米纤维素65％～99.7％。本发明还公开了其制备方法。所述复合膜以纳米纤维素为基体，经导热填料‑多价金属盐溶液和纳米纤维素晶须溶液VA‑LBL自组装，再还原制备得到。本发明提供的复合膜具有层状结构，平行方向导热系数超过20W/(mK)，拉伸强度大于150MPa，具有优异的柔韧性和耐弯折性，弯折500个周期后导热系数无明显变化，该复合膜在电子器件导热散热领域具有极为广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种复合材料制备，尤其涉及一种具有高热导率的纳米纤维素膜及其制备方法。

背景技术

随着5G时代呼啸而来，必然涉及到关键器件的更新换代，小到核心芯片向射频器件，大到基站端向应用端，全部需要更新换代。随着人们对电子产品轻薄化和性能高效化需求越来越高，半导体元器件功率密度不断提高，热通量也会越来越大，有些甚至高达数十千瓦/平方厘米，是太阳表面的5倍，如何给材料散热降温成为首要难题。

纳米纤维素，具有高强度，重量轻，透明度高的优点，且是一种生物可降解的绿色材料，近年来受到广泛关注。石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料。氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯的出现为合成石墨烯基/氧化石墨烯基材料提供表面修饰活性位置和较大的比表面积。现有的公开专利中，将高分子材料，例如纳米纤维素，聚酰亚胺等与氧化石墨烯进行复合的材料不在少数，但由于作用力的缺失，仍然不能满足实际应用的需要。将纳米纤维素与石墨烯复合，通过作用力构筑能够综合两者的优点，获得层状结构良好、平行方向导热系数高与力学性能优异的复合薄膜。

中国发明专利申请201910394184.7公开了一种导热绝缘纤维素膜及其制备方法，为解决传统纤维素纳米纤维材料导热性能差的问题，提供了一种导热绝缘纤维素膜及其制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯，金属盐和去离子水混合，超声分散，加入强碱加热回流，离心、冷冻干燥、高温煅烧，得导热填料；(2)将纤维素纳米纤维与导热填料混合，超声分散；(3)通过真空辅助自组装技术制备导热绝缘复合膜；(4)将导热绝缘复合膜经机械模压、干燥，即制得导热绝缘纤维素复合膜。该发明采用导热系数极高的石墨烯作为导热填料，为保证其绝缘性，将绝缘导热填料金属盐负载在石墨烯表面，制备得到导热绝缘纤维素膜，该导热绝缘纤维素膜保持高导热的同时绝缘性能优良。

但是在该技术方案中，仅是将纳米纤维素与石墨烯复合的单层薄膜及机械模压的复合薄膜，各层之间其并未通过分子间的作用力构筑、使薄膜能够综合纳米纤维素与石墨烯两者的优点，获得层状结构良好、平行方向导热系数高与力学性能优异的复合薄膜。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于通过界面结构设计提供一种具有高热导率的纳米纤维素膜及其制备方法，使纳米纤维素与石墨烯复合的单层薄膜，通过分子间的作用力构筑、使薄膜能够综合两者的优点，获得层状结构良好、平行方向导热系数高与力学性能优异的复合薄膜。

本发明为达到上述目的，所采用的技术方案是：

一种具有高热导率的纳米纤维素膜，其特征在于，其由如下质量百分比的组分制成：导热填料0.1％～15％，多价金属盐离子0.1％～15％，纳米纤维素晶须0.1％～15％，纳米纤维素65％～99.7％。

所述的导热填料为：石墨烯、氮化硼的一种或几种的混合物；多价金属盐为：氯化钙、氯化铁、氯化铜中的一种或几种的混合物。

所述的具有高热导率的纳米纤维素膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备纳米纤维素薄膜；