一种高导热复合材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高导热复合材料及其制备与应用；属于导热复合材料领域。本发明专利技术将二维纳米材料、液态金属和综纤维素纳米纤维在水中混合，随后将混合溶液置于超声细胞破碎仪中，对混合液进行超声处理，最后将经离心、干燥即得导热填料。随后，将所得导热填料分散在聚合物基体之中，制备成高导热复合材料。本发明专利技术所述高导热复合材料具备良好的力学性能、优秀的导热性能以及优异的柔韧性，在电子元器件散热、印刷电子散热、5G通讯设备散热中具备广泛的应用。

A high thermal conductivity composite material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高导热复合材料及其制备与应用
本专利技术涉及导热复合材料领域，尤其涉及一种高导热复合材料及其制备与应用。
技术介绍
随着现代电子元器件的发展，集成化、微型化、功能化成为未来先进电子元器件的发展趋势。与此同时，这一发展趋势对于电子元器件所产生的热量耗散也提出了更高的要求。采用导热复合材料对电子元器件进行散热，是目前电子元器件最常用且最有效的方法。因此，为了更好的适应电子元器件的发展趋势，需要研制更高导热的复合材料。目前，随着纳米材料的发展，尤其是以石墨烯为代表二维纳米材料的问世以来，凭借其独特的物理化学性质，对导热复合材料的发展趋势产生了极其深远的影响，越来越多的二维纳米材料被用作填料，如：石墨烯、氮化硼纳米片、氮化铝纳米片等，开发出一系列高导热的复合材料。然而，就目前的发展现状而言，由于填料和填料之间以及填料和基体之间存在较大的界面热阻，导致复合材料的导热性能提升不大，阻碍了高导热复合材料的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种高导热复合材料及其制备与应用。解决了现有导热材料填料和填料之间以及填料和基体之间存在较大的界面热阻，所导致的导热性能不良的缺陷。本专利技术高导热复合材料，具备良好的力学性能、优秀的导热性能以及优异的柔韧性。本专利技术通过下述技术方案实现：一种高导热复合材料的制备方法，将二维纳米材料、液态金属和综纤维素纳米纤维在水中混合，随后将混合溶液置于超声细胞破碎仪中，对混合液进行超声处理，最后将经离心、干燥即得导热填料；再将导热填料分散在聚合物基体之中，制备成高导热复合材料。所述高导热复合材料是指综纤维素纳米纤维，其制备过程包括如下步骤：取500g质量分数1.5％的亚氯酸钠水溶液，采用醋酸调节至pH为4，随后加入0.75g抽提过的蔗渣，在70℃的温度下处理2小时，最后经过抽滤、洗涤制得综纤维素；将得的综纤维素均匀分散在水中，配制成质量分数2％的水分散悬浮液，随后将所得混合溶液置于浆料疏解机中疏解20000转，疏解结束后，将悬浮液进一步加水稀释成质量分数0.1％的水分散悬浮液，随后将悬浮液在20MPa下通过高压均质机均质5次，最后将所得悬浮液3000转下离心分离10分钟，保留上层悬浮液，将悬浮液在65℃真空干燥4小时；即为综纤维素纳米纤维。所述超声处理条件为超声功率450～1800W，超声时间为30～240分钟；所述离心、干燥条件为2000转离心20分钟，65℃真空干燥4小时。所述二维纳米材料为石墨烯、氮化硼纳米片、氮化铝纳米片、二硫化钼、过渡金属碳/氮化物(MXene)或者二硫化钨中的一种。所述液态金属为镓、镓铟合金或者镓铟锡合金的一种。所述二维纳米材料、液态金属和综纤维素纳米纤维的质量比为10:10:1、8:8:1、6:6:1、4:4:1、3:3:1或者2:2:1。所述聚合物基体为聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯和聚酰胺中的至少一种；所述填料用量满足填料和聚合物基体的质量比为1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或者6:1。一种高导热复合材料，具体是指综纤维素纳米纤维，由上述制备方法获得。一种综纤维素纳米纤维的应用，将其作为电子元器件、印刷电子、5G通讯设备中散热传导部件的应用。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：(1)本专利技术所用综纤维素纳米纤维作为自然界中最为丰富的生物质资源，具备廉价、可再生、易降解等优势。(2)本专利技术采用二维纳米材料，实现了良好传热取向排列，为散热提高良好的热传导路径。(3)本专利技术采用的液态金属对二维纳米材料表面进行修饰，增加了界面直接的传热，大大降低了界面热阻，使得传热效率更高。(4)本专利技术采用的综纤维素纳米纤维作为二维纳米材料和液态金属之间填充物，使得复合材料力学性能和柔韧性大幅增加。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本专利技术所用试剂和材料均为市场购买。实施例1(1)将石墨烯、液态金属镓和综纤维素纳米纤维按照质量比10:10:1在水中混合，随后将混合溶液置于超声细胞破碎仪中，对混合液进行超声处理，超声功率450W，超声时间为30分钟；最后经2000转离心20分钟，65℃真空干燥4小时后，即得导热填料。(2)将步骤(1)中所得导热填料分散在聚丙烯之中，填料和聚丙烯基体的质量比为1:4，制备成高导热复合材料。(3)经测试得到复合材料的导热系数为2W/mk，拉伸强度30Mpa。实施例2(1)将氮化硼纳米片、液态金属镓铟合金和综纤维素纳米纤维按照质量比6:6:1在水中混合，随后将混合溶液置于超声细胞破碎仪中，对混合液进行超声处理，超声功率650W，超声时间为60分钟；最后经2000转离心20分钟，65℃真空干燥4小时后，即得导热填料。(2)将步骤(1)中所得导热填料分散在聚丙烯之中，填料和聚氯丙烯基体的质量比为1:1，制备成高导热复合材料。(3)经测试得到复合材料的导热系数为4W/mk，拉伸强度35Mpa。实施例3(1)将氮化铝纳米片、液态金属镓铟锡合金和综纤维素纳米纤维按照质量比2:2:1在水中混合，随后将混合溶液置于超声细胞破碎仪中，对混合液进行超声处理，超声功率1800W，超声时间为240分钟；最后经2000转离心20分钟，65℃真空干燥4小时后，即得导热填料。(2)将步骤(1)中所得导热填料分散在聚丙烯之中，填料和聚氯丙烯基体的质量比为1:1，制备成高导热复合材料。(3)经测试得到复合材料的导热系数为8W/mk，拉伸强度38Mpa。本专利技术所述高导热复合材料具备良好的力学性能、优秀的导热性能以及优异的柔韧性，在电子元器件散热、印刷电子散热、5G通讯设备散热中具备广泛的应用。本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热复合材料的制备方法，其特征在于：将二维纳米材料、液态金属和综纤维素纳米纤维在水中混合，随后将混合溶液置于超声细胞破碎仪中，对混合液进行超声处理，最后将经离心、干燥即得导热填料；再将导热填料分散在聚合物基体之中，制备成高导热复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高导热复合材料的制备方法，其特征在于：将二维纳米材料、液态金属和综纤维素纳米纤维在水中混合，随后将混合溶液置于超声细胞破碎仪中，对混合液进行超声处理，最后将经离心、干燥即得导热填料；再将导热填料分散在聚合物基体之中，制备成高导热复合材料。


2.根据权利要求1所述高导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述高导热复合材料是指综纤维素纳米纤维，其制备过程包括如下步骤：
取500g质量分数1.5％的亚氯酸钠水溶液，采用醋酸调节至pH为4，随后加入0.75g抽提过的蔗渣，在70℃的温度下处理2小时，最后经过抽滤、洗涤制得综纤维素；将得的综纤维素均匀分散在水中，配制成质量分数2％的水分散悬浮液，随后将所得混合溶液置于浆料疏解机中疏解20000转，疏解结束后，将悬浮液进一步加水稀释成质量分数0.1％的水分散悬浮液，随后将悬浮液在20MPa下通过高压均质机均质5次，最后将所得悬浮液3000转下离心分离10分钟，保留上层悬浮液，将悬浮液在65℃真空干燥4小时；即为综纤维素纳米纤维。


3.根据权利要求2所述高导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述超声处理条件为超声功率450～1800W，超声时间为30～240分钟。


4.根据权利要求3所述高导热复合材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁海松，张存智，冯晓，党超，黄中原，陶珅名，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44