[发明专利]一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于智能热管理的纳米杂化材料及其制备方法，其包括如下步骤：(1)纤维素纳米晶的制备；(2)Fe₃O₄@CNCs纳米杂化物的合成；(3)G/PEG/CNCs杂化物的制备；(4)Fe₃O₄@CNCs/G/PEG纳米杂化膜的合成。本发明还公开了采用上述方法制备的用于智能热管理的纳米杂化材料，其为一具有热响应的层次结构的、Fe₃O₄@CNCs/G/PEG复合纳米材料膜，该杂化膜的厚度在40～50μm之间；其具有热响应、优良的机械性能和形状记忆功能。其热变形的温度较低，且变形时间远小于现有技术中的热响应时间，可满足智能热管理的要求，且综合成本低、易于产业化推广。

技术领域

本发明属于聚合物-无机纳米复合材料技术领域，具体涉及一种用于智能热管理的具有热响应的层次结构纳米杂化材料及其制备方法。

背景技术

热管理系统是保证设备安全可靠运行的重要组成部分之一。随着微电子、太阳能、发光二极管(LED)等领域的快速发展，器件的小型化和超高集成度使其对热管理系统提出了更高的要求。到目前为止，关于智能材料热管理的各种研究工作已经得到了深入的研究。例如，Lu等人通过在合成的偶氮苯液晶弹性体中掺杂聚合物接枝金纳米棒的多步方法，开发了近红外光(NIR)和紫外光响应聚合物纳米复合材料。Gogoi等人。准备石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料，具有高的热导率、高的比表面积和杨氏模量等优异性质。尽管上述报道已取得了令人满意的结果，但其制备通常需要复杂的化学合成方法或繁琐的加工工艺，极大地阻碍了其大规模应用。一种有用的方法是使用刺激响应材料，因此，利用刺激响应材料赋予导热材料智能化是制备智能热管理材料的一个很有前途的研究方向。

现有技术中，中国发明申请号CN201610816463.4公开了一种基于氢键作用的热响应形状记忆水凝胶及其制备方法，合成基于氢键作用的热响应形状记忆水凝胶，利用氢键的可逆性，具有初始形状的水凝胶在一定温度变形后，在室温下冷却固定形状，再将具有临时形状的水凝胶放在一定温度下能回到初始形状，具有良好的形状记忆性能和机械性能。

但是上述专利技术方案所制备的水凝胶要在80℃的热水中加热5min，外力下将其弯成所需形状，保持外力不变在室温下冷却10h，撤去外力后水凝胶形状固定，再将变形水凝胶放入80℃的热水中，水凝胶回到直线形；其热变形的温度较高、且变形所需时间较长，不利于进行高效、快捷的智能热管理。

现有技术中，中国发明申请号CN201811331985.0公开了一种相转变温度可控的热响应纳米纤维膜的制备方法，由NIPAM合成PNIPAM线性聚合物，通过改变添加剂用量的方式，调控PNIPAM的相转变温度，克服了温敏性聚合物的聚合度不够好，对临界相转变温度的反应不够准确，在对外界刺激进行检测的过程中易出现响应速度较慢，稳定性较差的缺陷。但是该技术其在合成过程较为复杂，材料无绿色可再生的作用，同时其相变材料不具备超快热响应。