一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料及其制备方法技术

本发明专利技术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)Fe

A hierarchical hybrid material with thermal response and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料及其制备方法
本专利技术属于聚合物-无机纳米复合材料
，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。
技术介绍
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，中国专利技术申请号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，中国专利技术申请号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。现有技术中，中国专利技术申请号201810795730.3公开了一种新型二维导热复合材料及其制备方法，所述新型二维导热复合材料的制备包括如下步骤：步骤S1，分别制备g-C3N4纳米片以及一维纤维素；步骤S2，将所述g-C3N4纳米片和所述一维纤维素利用真空抽滤法自组装成g-C3N4/NFC复合膜，所述g-C3N4/NFC复合膜为双层交替膜结构；步骤S3，将所述g-C3N4/NFC复合膜填充至高分子基体聚二甲基硅氧烷中，即制得g-C3N4/NFC/PDMS导热复合材料。本专利技术以所述g-C3N4/NFC复合膜为导热填料，以所述聚二甲基硅氧烷为高分子基体，将所述g-C3N4/NFC复合膜分布至所述聚二甲基硅氧烷中，使得所制备的所述g-C3N4/NFC/PDMS导热复合材料内部形成良好的导热通道，便于热量传输，大大提高了复合材料的导热性能。NFC为纳米纤维素的英文名称缩写。但是上述技术方案中材料的机械性能较差、同时不具备形状记忆功能。现有技术中，中国专利技术专利201210109792.7公开了一种具有分级结构的高导热金属基复合材料及其制备方法，其特征在于，至少一种纳米增强体与金属基体构成第一级复合材料(复合材料-I)，进而，至少一种微米增强体与复合材料-I构成第二级复合材料(复合材料-II)，其中，纳米增强体选自石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米石墨片、纳米金刚石，至少有一维方向的尺寸为1-100nm；微米增强体选自金刚石、碳化硅、硅，等效粒径为30-600μm。本专利技术制备的复合材料热膨胀系数低且可调控，热导率高，可用作各类热管理材料。但是该专利技术提供的复合材料材料，并不具备形状记忆功能，因此无法满足智能热管理的需求。因此，需要研究新满足智能热管理的的材料及其制备方法。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术提供一种用于智能热管理具有热响应的层次结构纳米杂化材料及其制备方法，以兼顾材料的热响应性能、力学性能和形状记忆功能，满足智能热管理的需求，同时优化配方和组分、简化制备工艺，具有环保属性，降低对设备的要求，以利于产业化推广应用；具体提供一种用于智能热管理具有热响应的层次结构纳米杂化材料Fe3O4@CNCs/G/PEG纳米杂化膜及其制备方法。本专利技术为实现上述目的而采用的技术方案为：一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)纤维素纳米晶的制备用酸液水解医用脱脂棉得到纤维素纳米晶(CNCs)水悬浮液。将纯化棉与预热的酸溶液在加热下混合，用去离子水稀释使反应停止。将所得混合物离心设定时间，然后用水透析设定的时间，以完全除去残余酸液；制备的CNCs悬浮液磁搅拌设定的时间，超声，得到稳定的悬浮液；(2)Fe3O4@CNCs纳米杂化物的合成将FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O分别溶解于CNCs悬浮液中，加热下加入NH3·H2O，剧烈搅拌，即制得Fe3O4@CNCs纳米杂化物；(3)G/PEG/CNCs杂化物的制备将适量的纤维素纳米晶分散液和聚乙二醇(PEG)分别在常温下强搅拌分散到去离子水中；然后，将这两种悬浮液混合在一起强搅拌。将各种石墨烯纳米片以受控方式添加到上述常温悬浮液中，然后强烈搅拌；接着，将分散液倒入聚苯乙烯盘中，在烘箱中干燥。然后，从盘中剥离杂化膜，制得G/PEG/CNCs杂化膜；(4)Fe3O4@CNCs/G/PEG纳米杂化膜的合成用稀土磁铁收集Fe3O4@CNCs纳米杂化物，并用去离子水洗涤数次；将这些纳米杂化物超声处理，然后在剧烈搅拌下将添加物溶解在去离子水中；然后，将步骤(3)制备的G/PEG/CNCs杂化物和Fe3O4@CNCs悬浮液加入到该混合物中，在超声作用下得到Fe3O4@CNCs/G/PEG复合材料，接着，将分散液倒入聚苯乙烯盘中，在烘箱中干燥；然后，从盘中剥离杂化膜，得到具有热响应的层次结构的纳米杂化薄膜材料。所述步骤(1)中酸溶液，为盐酸或者硫酸的一种。所述步骤(1)中在酸中加热的温度在50-60℃中1h，离心时间为5-7分钟，水透析时间为1周。所述步骤(2)中FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O的重量比为3：1，FeCl3·6H2O的质量为0.7000-0.9000g，其溶解于CNCs悬浮液(100ml，固含量0.5％)中，加热温度为80℃，加入的NH3·H2O(28％水溶液)含量5-10ml。所述步骤(3)中强搅拌时间为0.5-1h，在烘箱中的温度在40-60℃，优选为50℃。所述步骤(4)中所述去离子水洗涤次数大约为3次，在约100ml的蒸馏水中超声处理15分钟。所述步骤(4)中添加剂为二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：/n(1)纤维素纳米晶的制备/n用酸液水解医用脱脂棉得到纤维素纳米晶(CNCs)水悬浮液；将纯化棉与预热的酸溶液在加热下混合，用去离子水稀释使反应停止。将所得混合物离心设定时间，然后用水透析设定的时间，以完全除去残余酸液；制备的CNCs悬浮液磁搅拌设定的时间，超声，得到稳定的悬浮液；/n(2)Fe

【技术特征摘要】
1.一种具有热响应的层次结构纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)纤维素纳米晶的制备
用酸液水解医用脱脂棉得到纤维素纳米晶(CNCs)水悬浮液；将纯化棉与预热的酸溶液在加热下混合，用去离子水稀释使反应停止。将所得混合物离心设定时间，然后用水透析设定的时间，以完全除去残余酸液；制备的CNCs悬浮液磁搅拌设定的时间，超声，得到稳定的悬浮液；
(2)Fe3O4@CNCs纳米杂化物的合成
将FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O分别溶解于CNCs悬浮液中，加热下加入NH3·H2O，剧烈搅拌，即制得Fe3O4@CNCs纳米杂化物；
(3)G/PEG/CNCs杂化物的制备
将适量的纤维素纳米晶分散液和聚乙二醇(PEG)分别在常温下强搅拌分散到去离子水中；然后，将这两种悬浮液混合在一起强搅拌；将各种石墨烯纳米片以受控方式添加到上述常温悬浮液中，然后强烈搅拌；接着，将分散液倒入聚苯乙烯盘中，在烘箱中干燥。然后，从盘中剥离杂化膜，制得G/PEG/CNCs杂化膜；
(4)Fe3O4@CNCs/G/PEG纳米杂化膜的合成
用稀土磁铁收集Fe3O4@CNCs纳米杂化物，并用去离子水洗涤数次；将这些纳米杂化物超声处理，然后在剧烈搅拌下将添加物溶解在去离子水中；然后，将步骤(3)制备的G/PEG/CNCs杂化物和Fe3O4@CNCs悬浮液加入到该混合物中，在超声作用下得到Fe3O4@CNCs/G/PEG复合材料，接着，将分散液倒入聚苯乙烯盘中，在烘箱中干燥；然后，从盘中剥离杂化膜，得到具有热响应的层次结构的纳米杂化薄膜材料。


2.根据权利要求1所述的具有热响应的层次结构纳米杂化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中酸溶液，为盐酸或者硫酸的一种。


3.根据权利要求1所述的具有热响应的层次结构纳米杂化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中在酸中加热的温度在50-60℃中1h，离心...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋娜，高裴，丁鹏，施利毅，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31