一种纳米纤维素导热复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米纤维素导热复合薄膜，其特征在于，其为纳米纤维素/石墨烯层与纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，依次交替、多层叠加而成的复合薄膜，具有高热导率、高绝缘强度和优异的柔韧性；其中，石墨烯纳米片的填充量为复合薄膜干物质总质量的5％

A nano cellulose thermal conductive composite film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素导热复合薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导热高分子复合材料
，具体涉及一种纳米纤维素导热复合薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子技术向着高速，高性能的发展，如何消除多余的热量已成为一个关键问题。具有高热导率的高分子材料是下一代电子技术发展不可或缺的一部分。纳米纤维素，是一种天然高分子材料，以其高性能(包括出色的机械性能，可生物降解性，轻质和其他生物基功能)而闻名，可用于广泛领域中的高性能材料的制备。石墨烯是一种二维碳纳米材料，热导率高达5300W
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‑1，并且具有较好的力学性能。氮化硼作为一种新型的二维碳纳米材料，具有类似石墨层结构的晶体结构，不仅具有优良的电绝缘性、化学稳定性、较低的热膨胀系数，同时展现出优异的热导率，是一种优异的导热填料。包含二维纳米填料的聚合物纳米复合材料是实现出色的热管理功能的理想选择。具有高热导率的石墨烯和六方氮化硼是提高热导率的有效填料。
[0003]现有技术中，中国专利(201610315269.8)一种柔性纳米纤维素
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石墨烯复合膜及其制备方法，制备了纳米纤维素
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石墨烯复合膜，由于填料是具有较高导电性的石墨烯，无法应用在导热、绝缘的电子产品热管理
中国专利(201910232325.5)一种功能纳米纤维素
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氮化硼复合薄膜及其制备方法，其是由纳米纤维素
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氮化硼分散液，在混合纤维素酯微孔滤膜上抽滤后形成沉积层，对该沉积层热压干燥而形成的复合薄膜内层；且该复合薄膜内层为纳米纤维素
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氮化硼复合型单层结构，其中氮化硼的含量为1％
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7wt％。该方法虽然制备方法简洁利于量产，但随着导热需求的提升，其热导率仍然还达不到高端电子产品的热管理要求，而且其绝缘强度、柔韧性等机械加工性能也不能满足高端电子产品的要求，因此，使其应用受到较大的局限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种纳米纤维素导热复合薄膜，其采用纳米纤维素/石墨烯层与纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，依次交替、多层叠加，使制备的复合薄膜材料同时具有高热导率、高绝缘强度、良好机械性能，能够满足高端芯片等电子产品的热管理、绝缘、耐挤压等多方面的需求。
[0005]本专利技术还提供了该复合薄膜的制备方法，通过合理简化工艺步骤，使其工艺简洁、操作方便，易于量产，且产品质量稳定。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种纳米纤维素导热复合薄膜，其特征在于，其为纳米纤维素/石墨烯层与纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，依次交替、多层叠加而成的复合薄膜，具有高热导率、高绝缘强度和优异的柔韧性；所述复合薄膜中纳米纤维素/石墨烯层为在纳米纤维素中填充石墨烯纳米片，其中石墨烯纳米片的填充量为复合薄膜干物质总质量的5％
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10wt％；所述的纳
米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，为在纳米纤维素中填充氮化硼纳米片，其中氮化硼纳米片的填充量为复合薄膜干物质总质量的5％
‑
10wt％。
[0008]所述的复合薄膜，是由五层及以上的纳米纤维素/石墨烯层与纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，依次交替、多层叠加而成；其中，每层的质量为15
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30mg，多层交替叠加后的复合薄膜的总厚度为60
‑
90μm。
[0009]所述的纳米纤维素/石墨烯层中石墨烯纳米片的平均尺寸为10
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15μm，平均厚度为1
‑
5nm，其中的氧元素含量≤2.0wt％。
[0010]所述的纳米纤维素的直径为5
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100nm，长径比为100
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1000。
[0011]纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层中的氮化硼纳米片，其厚度为5nm，长度为微米级。
[0012]一种前述纳米纤维素导热复合薄膜的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
[0013]a.将石墨烯纳米片加入去离子水中，超声分散0.5～1h，配置浓度为1
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5mg/mL的石墨烯分散液；将纳米纤维素加入去离子水中，超声分散0.5h
‑
1h，配置浓度为1
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5mg/mL的纳米纤维素分散液；将氮化硼在超声浴中进行处理，超声处理10h后得到氮化硼纳米片，再用多巴胺修饰氮化硼纳米片；
[0014]b.将纳米纤维素分散液和石墨烯分散液均匀混合后，通过刮涂的方式制得第一层薄膜；
[0015]c.将纳米纤维素分散液和多巴胺修饰的氮化硼纳米片均匀混合后，通过刮涂的方式层叠在第一层薄膜上，作为第二层薄膜；
[0016]e.依次交替重复步骤b、c，直至制得设定层数的层叠薄膜，然后置于45℃烘箱中蒸发干燥48h；其中重复步骤b时，可制得第三、五、七等后续奇数层薄膜；重复步骤c时，可制得第四、六等后续偶数层薄膜；
[0017]f.将步骤e所得到的层叠薄膜，通过热压机进行热压，即得到设定层数、交替层叠结构的纳米纤维素导热复合薄膜。
[0018]所述步骤a中用多巴胺修饰氮化硼纳米片，具体包括如下步骤：将氮化硼纳米片分散在300mL Tris缓冲溶液和100mL乙醇的混合溶液中，该缓冲溶液为10mM、pH 8.5；然后添加800mg盐酸多巴胺，搅拌混合物在室温下放置6小时，充分反应后，再将多巴胺修饰的氮化硼纳米片离心，并用去离子水和乙醇洗涤数次，然后在60℃下干燥。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020](1)本专利技术提供的纳米纤维素导热复合薄膜，其采用纳米纤维素/石墨烯层与纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，依次交替、多层叠加，使制备的复合薄膜材料同时具有高热导率、高绝缘强度、良好机械性能、优异的柔韧性，能够满足高端芯片(大功率、小体积)等电子产品的高强度热管理及绝缘、耐挤压等多方面的需求。
[0021](2)本专利技术采用多巴胺修饰氮化硼纳米片，以提高氮化硼纳米片在纳米纤维素中的分散性，同时降低界面热阻。该导热薄膜的中间为纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼复合层，该层的两面涂覆纳米纤维素/石墨烯薄膜层，并继续在两面涂覆纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼复合层，薄膜的最外层涂覆为纳米纤维素/石墨烯薄膜层，并通过热压消除褶皱的方式促进致密层状结构的形成。该薄膜同时具有较高的热导率以及优异的机械性能，其制备工艺简洁高效，综合成本低，可有效解决电子器件的散热、绝缘、耐挤压等问题。
[0022](3)本专利技术提供的纳米纤维素导热复合薄膜，由于选用纳米纤维素为基体，且无机填料的量较为合适，所以在提升热导率的同时，也保持了聚合物自身的良好力学性能，同时使复合薄膜具备较强的绝缘性能。
[0023](4)本专利技术所提供的纳米纤维素导热复合薄膜及其制备方法，通多巴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素导热复合薄膜，其特征在于，其为纳米纤维素/石墨烯层与纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，依次交替、多层叠加而成的复合薄膜，具有高热导率、高绝缘强度和优异的柔韧性；所述复合薄膜中纳米纤维素/石墨烯层为在纳米纤维素中填充石墨烯纳米片，其中石墨烯纳米片的填充量为复合薄膜干物质总质量的5％
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10wt％；所述的纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，为在纳米纤维素中填充氮化硼纳米片，其中氮化硼纳米片的填充量为复合薄膜干物质总质量的5％
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10wt％。2.根据权利要求2所述的纳米纤维素导热复合薄膜，其特征在于，所述的复合薄膜，是由五层及以上的纳米纤维素/石墨烯层与纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层，依次交替、多层叠加而成；其中，每层的质量为15
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30mg，多层交替叠加后的复合薄膜的总厚度为60
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90μm。3.如权利要求1所述的纳米纤维素导热复合薄膜，其特征在于，所述的纳米纤维素/石墨烯层中石墨烯纳米片的平均尺寸为10
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15μm，平均厚度为1
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5nm，其中的氧元素含量≤2.0wt％。4.如权利要求1所述的纳米纤维素导热复合薄膜，其特征在于，所述的纳米纤维素的直径为5
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100nm，长径比为100
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1000。5.如权利要求1所述的纳米纤维素导热复合薄膜，其特征在于，纳米纤维素/多巴胺修饰的氮化硼层中的氮化硼纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋娜，郭日娜，丁鹏，王琪，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：