[发明专利]液态金属/芳纶纳米纤维导热复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了液态金属/芳纶纳米纤维导热复合材料、制备方法及应用，包括以下步骤：步骤1：制备芳纶纳米纤维ANF分散液；步骤2：将液态金属LM加入到溶剂中超声处理得到液态金属分散液；步骤3：将步骤2得到的液态金属分散液加入到步骤1得到的芳纶纳米纤维分散液中充分混合得到混合物；其中液态金属和芳纶纳米纤维的体积比为1:9～4:6步骤4：将步骤3得到的混合物依次进行质子化、抽滤清洗，然后均匀分散至溶剂中得到LM/ANF分散液；步骤5：将LM/ANF分散液真空抽滤即可得到所需复合材料；本发明制备得到的复合材料具有优异的导热性能和良好的力学性能，并且制备方法简单，不需要高昂的投资，生产成本低。

技术领域

本发明涉及柔性导热聚合物复合材料领域，具体涉及液态金属/芳纶纳米纤维导热复合材料、制备方法及应用。

背景技术

芳纶纤维因其高强度、高模量、耐高温等特性在电气绝缘以及电子领域中具有广泛应用。然而其导热系数较低，难以满足在高集成化的电子器件中的传热要求。此外，芳纶纤维呈现惰性且表面光滑，复合效果不理想。

近年来，研究发现芳纶纤维纳米化获得芳纶纳米纤维能够在保持固有高性能的同时，在一定程度上解决了其表面光滑、复合效果不理想的问题。在芳纶纳米纤维基体中添加刚性高导热粒子(如石墨烯、氮化硼和氮化铝等)，开发出了一系列导热高分子复合材料，提高了传热能力。但是这种复合材料需要较高添加量才能形成完善的导热通路，这又导致复合材料力学性能显著下降，严重限制了其在一些重要电子领域的潜在应用，特别是在力学性能有严格要求的航天和军事工业领域。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提出一种具有优异的导热性能和良好的机械性能的液态金属/芳纶纳米纤维导热复合材料、制备方法及应用。

本发明采用的技术方案是：一种液态金属/芳纶纳米纤维导热复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备芳纶纳米纤维ANF分散液；

步骤2：将液态金属LM加入到溶剂中超声处理得到液态金属分散液；

步骤3：将步骤2得到的液态金属分散液加入到步骤1得到的芳纶纳米纤维分散液中充分混合得到混合物；其中液态金属和芳纶纳米纤维的体积比为1:9～4:6；

步骤4：将步骤3得到的混合物依次进行质子化、抽滤清洗，然后均匀分散至溶剂中得到LM/ANF分散液；

步骤5：将LM/ANF分散液真空抽滤即可得到所需复合材料。

进一步的，所述液态金属为镓铟锡合金，其中镓、铟和锡的质量比为68.5:21.5:10。

进一步的，所述步骤1中芳纶纳米纤维分散液的制备方法如下：

将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维加入到溶剂中，磁力搅拌去质子化即可得到所需分散液；

溶剂为氢氧化钾、二甲亚砜和水构成的混合溶液，其中混合溶液中氢氧化钾的质量浓度为1.0wt％；二甲亚砜和去离子水的体积比为25:1。

进一步的，所述步骤2中的超声分散，超声功率为600W，分散时间为10min。

进一步的，所述步骤4中分散采用磁力搅拌进行分散，磁力搅拌转速为10000r/min，分散时间为10min。

进一步的，所述磁力搅拌时间为72h，转速为200r/min。

一种液态金属/芳纶纳米纤维导热复合材料，复合材料中液态金属和芳纶纳米纤维的体积比为1:9～4:6；复合材料中液态金属以粒子形式存在，其平均直径为0.5μm；液态金属粒子随机分布于有序的芳纶纳米纤维中。

进一步的，所述复合材料为薄膜，薄膜的厚度为30～40μm。