[发明专利]一种基于大长径比氮化硼纳米片、高导热绝缘复合材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种氮化硼纳米片，所述氮化硼纳米片横向尺寸介于1～15μm之间，厚度介于1～10nm之间，长径比介于600～2000之间。所述氮化硼纳米片的制备方法、以及所述氮化硼纳米片与高分子基体形成的绝缘复合材料。

技术领域

本申请涉及材料技术领域，具体地，涉及到六方氮化硼纳米片及其高导热绝缘复合材料的制备。

背景技术

随着电子元器件、电力系统和通讯设备等小型化的飞速发展，系统功率密度大大增加，导致其工作环境温度迅速升高。为保证整个系统长时间稳定可靠的工作，就必须阻止其工作温度的不断上升，因此及时散热能力就成为决定电子设备性能、可靠性及寿命的关键因素。众所周知，电子设备的散热能力取决于其所使用的热管理材料而非器件本身，这也就意味着开发一种高性能的热管理材料成了亟待解决的问题。特别是随着多功能、多用途需求的增大，除了高导热性能以外，热管理材料的绝缘性能和机械性能等也必须纳入考虑范围。高分子材料除了本征热导率很低之外，基本上可以满足以上要求，所以，通过加入高导热绝缘填料对高分子材料进行改性成为开发新一代高性能热管理材料的可行之途。

六方氮化硼纳米片，又被成为“白色石墨烯”，因其兼具高导热和绝缘性能，拥有其他导热填料无可比拟的优势，而日益受到人们的关注。然而，由于块体六方氮化硼层间的“lip-lip”作用，使得其较之石墨更难以剥离。目前剥离六方氮化硼的主流方法包括化学和物理方法两种。化学方法是指利用高活性的化学物质，如KMnO₄-H₂SO₄-H₂O₂或熔融的KOH-NaOH等，对块体氮化硼进行官能化或者插层，从而达到剥离氮化硼的效果。但是，由于氮化硼本身的化学惰性很强，所以化学方法的剥离效率、产率都很低，剥离出的氮化硼纳米片长径比很小。物理方法主要包括液相超声和球磨两种，前者利用空穴效应，后者通过磨球之间剧烈碰撞产生的剪切力来剥离块体六方氮化硼，相较于化学方法而言，其成本低、对环境友好、产率高并易于大规模生产。但是由于其剥离过程暴烈且漫长，所以不可避免的会对先前剥离的氮化硼纳米片进行二次破坏，从而使得其横向尺寸急剧减小，得到的氮化硼纳米片长径比往往也不尽如人意。大量的相关工作表明，大长径比的氮化硼纳米片对复合热导率的提高具有重要的意义，然而，目前还没有一种方法可以大规模的获得大长径比的氮化硼纳米片，这也成为目前限制氮化硼基导热复合材料热导率进一步提高的重要原因。所以，需要开发一种新的技术与方法，来批量获得大长径比的氮化硼纳米片，以在此基础上，实现六方氮化硼基导热复合材料热导率的突破。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种氮化硼纳米片，所述氮化硼纳米片横向尺寸介于1 ~ 15 µm之间，厚度介于1 ~ 10 nm之间，平均长径比介于600~2000。

可选地，所述长径比介于1000~2000。

可选地，所述长径比介于1100~2000。所述长径比为所述氮化硼纳米片的横向尺寸与厚度之比。

根据本申请的另一个方面，提供了一种基于高压微射流技术剥离制备大长径比六方氮化硼纳米片的方法：利用高压微射流设备产生的高压强迫块体六方氮化硼分散液通过狭窄的孔道，由不同区域的流速差产生的横向剪切力来引起块体六方氮化硼的剥离。

所述的氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

含有块体六方氮化硼的分散液采用高压微射流技术进行剥离，得到所述氮化硼纳米片。

可选地，调节高压微射流的压力，得到不同的长径比的氮化硼纳米片。

可选地，利用高压微射流设备产生高压并强迫液流通过狭窄的孔道，由此产生横向剪切力引起块体六方氮化硼的剥离。

可选地，所述氮化硼纳米片的剥离压力介于50 ~ 125 MPa之间，循环道次介于10~ 100次之间。