一种纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜的制备方法技术

一种纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜的制备方法，它涉及导热薄膜的制备方法。本发明专利技术要解决现有散热材料无法同时兼具轻薄、高平整度、高导热率、高电阻率、优异力学性能和优异热稳定性的问题。制备方法：一、制备表面具有强负电位的芳纶纳米纤维；二、对纳米金刚石表面进行功能化；三、制备ND@PDDA/ANF/DMSO混合液；四、制备ND@PDDA/ANF复合导热薄膜。本发明专利技术用于纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜的制备。能复合导热薄膜的制备。能复合导热薄膜的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及导热薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]热积累已经成为电子器件向高功率化、集成化、多功能化发展的最大障碍，电子器件在工作时产生的热不但会降低器件的工作效率、稳定性和使用寿命，而且还会带来巨大的安全隐患，因此提高电子器件的散热效率，对于促进电子产业的发展、避免能源浪费、降低生产成本，保障生产安全具有重大的意义。将高导热材料应用在电子器件的散热领域是目前解决热积累的最主要方法，但除了高热导率以外，现代高速发展的微电子产业对散热材料的其他性能如：轻薄、平整度、电阻率、力学性能和热稳定性都提出了较高要求，轻薄的导热材料能避免增加微电子器件的体积，良好的平整度还能避免影响微电子器件的精度，高的电阻率能防止造成电子器件短路，优异的力学性能和热稳定性能使导热材料在各种极端环境下稳定的工作，所以提高导热材料的综合性能变得越来越重要。
[0003]芳纶纳米纤维(aramid nanofiber，简称：ANF)是一种具有高长径比、大比表面积、优异力学性能和热稳定性的一维结构聚合物材料，由于上述优异的特性，ANF常被用来作为复合导热薄膜的基体以提高薄膜的综合性能，例如：专利CN110258170A中利用ANF作为基体，银纳米粒子修饰的六方氮化硼作为填料制备了一种导热复合薄膜。专利CN112759930A制备了一种液态金属/芳纶纳米纤维导热复合材料。但这两种方法制备的导热复合材料的热导率都比较低，分析原因主要是由于导热填料与ANF之间没有形成强的相互作用，二者之间的界面热阻并没有得到有效降低，并且填料之间也没有形成有效的导热通路。因此选择合适的导热填料与工艺使填料与ANF产生有效结合，并且使导热填料沿着基体形成完整的导热通路对开发综合性能优异的高导热薄膜具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有散热材料无法同时兼具轻薄、高平整度、高导热率、高电阻率、优异力学性能和优异热稳定性的问题，进而提供一种纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜的制备方法。
[0005]一种纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜的制备方法，它是按以下步骤进行的：
[0006]一、制备表面具有强负电位的芳纶纳米纤维：
[0007]①
、将Kevlar49置于热压机中，在温度为150℃～200℃及压力为100MPa～200MPa的条件下热压0.5h～1h，得到坯块，将坯块剪成碎屑，将碎屑置于管式炉中，在真空度为0.1Pa的条件下，以5℃/min～10℃/min的速度升温到200℃～300℃，并在温度为200℃～300℃的条件下，保温0.5h～1h，然后自然冷却退火，得到退火后的Kevlar49碎屑；
[0008]②
、将退火后的Kevlar49碎屑与烘干后的KOH加入到无水溶剂级DMSO中，得到
Kevlar49/KOH/DMSO混合物，在温度为30℃～50℃及转速为30r/min～50r/min的条件下，将Kevlar49/KOH/DMSO混合物旋转搅拌3天～5天，得到表面带强负电位的芳纶纳米纤维的分散液：
[0009]所述的退火后的Kevlar49碎屑与烘干后的KOH的质量比为1:(2～3)；所述的Kevlar49/KOH/DMSO混合物中退火后的Kevlar49碎屑的浓度为15mg/mL～20mg/mL；
[0010]二、对纳米金刚石表面进行功能化：
[0011]①
、将表面具有含氧官能团的纳米金刚石加入到去离子水中，在频率为60Hz～100Hz的条件下，超声震荡0.5h～1h，然后在转速为100r/min～200r/min的条件下，搅拌12h～36h，得到ND悬浊液；
[0012]②
、在转速为50r/min～100r/min及温度为40℃～60℃的条件下，对ND悬浊液搅拌0.5h～1h，然后在转速为50r/min～100r/min及温度为40℃～60℃的条件下，分3次～5次且每次间隔20min～40min，将PDDA溶液滴加到ND悬浊液中，添加后在转速为50r/min～100r/min及温度为40℃～60℃的条件下，搅拌20min～40min，最后离心洗涤，得到PDDA功能化的表面带正电性的ND；
[0013]所述的ND悬浊液中表面具有含氧官能团的纳米金刚石与PDDA溶液中PDDA的质量比为1:(1～3)；
[0014]③
、将PDDA功能化的表面带正电性的ND加入到无水溶剂级DMSO中，在频率为60Hz～100Hz的条件下，超声震荡0.5h～1h，然后在转速为100r/min～200r/min的条件下，搅拌12h～36h，得到ND@PDDA/DMSO悬浊液；
[0015]所述的ND@PDDA/DMSO悬浊液中PDDA功能化的表面带正电性的ND的浓度为20mg/mL～30mg/mL；
[0016]三、制备ND@PDDA/ANF/DMSO混合液：
[0017]在温度为30℃～50℃及转速为50r/min～100r/min的条件下，对ND@PDDA/DMSO悬浊液搅拌0.5h～1h，然后在温度为30℃～50℃及转速为50r/min～100r/min的条件下，向ND@PDDA/DMSO悬浊液中滴加无水溶剂级DMSO及表面带强负电位的芳纶纳米纤维的分散液，得到ND@PDDA/ANF/DMSO混合液；
[0018]所述的ND@PDDA/ANF/DMSO混合液中PDDA功能化的表面带正电性的ND与表面带强负电位的芳纶纳米纤维的质量比为1:(1～19)；所述的ND@PDDA/ANF/DMSO混合液中表面带强负电位的芳纶纳米纤维的浓度为8mg/mL～10mg/mL；
[0019]四、制备ND@PDDA/ANF复合导热薄膜：
[0020]取ND@PDDA/ANF/DMSO混合液滴在圆形玻璃板上，将承载ND@PDDA/ANF/DMSO混合液的玻璃板置于温度为60℃～80℃的加热台上，加热至溶液铺满圆形玻璃板，然后置于温度为
‑
10℃～
‑
30℃的条件下，保温1h～3h，再浸渍于去离子水中2h～4h，得到ND@PDDA/ANF水凝胶薄膜，将ND@PDDA/ANF水凝胶薄膜压实并干燥，得到纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜；
[0021]所述的ND@PDDA/ANF/DMSO混合液的体积与圆形玻璃板的直径比为1mL:(30～50)mm。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术采用热压成坯、制成碎屑、高温真空退火的工艺处理芳纶纳米纤维，在增加
芳纶纳米纤维比表面的同时还对其进行充分干燥，对KOH也进行烘干脱水处理，之后再将二者加入到无水溶剂级DMSO中去，这就限制了材料中的水分对ANF的影响，并且小尺寸的芳纶纳米纤维能与KOH反应更加充分，从而形成在端部具有树枝状分叉结构的、具有更强化学活性的ANF。通过边加热边搅拌的方式配制AN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米金刚石/芳纶纳米纤维多功能复合导热薄膜的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、制备表面具有强负电位的芳纶纳米纤维：
①
、将Kevlar49置于热压机中，在温度为150℃～200℃及压力为100MPa～200MPa的条件下热压0.5h～1h，得到坯块，将坯块剪成碎屑，将碎屑置于管式炉中，在真空度为0.1Pa的条件下，以5℃/min～10℃/min的速度升温到200℃～300℃，并在温度为200℃～300℃的条件下，保温0.5h～1h，然后自然冷却退火，得到退火后的Kevlar49碎屑；
②
、将退火后的Kevlar49碎屑与烘干后的KOH加入到无水溶剂级DMSO中，得到Kevlar49/KOH/DMSO混合物，在温度为30℃～50℃及转速为30r/min～50r/min的条件下，将Kevlar49/KOH/DMSO混合物旋转搅拌3天～5天，得到表面带强负电位的芳纶纳米纤维的分散液：所述的退火后的Kevlar49碎屑与烘干后的KOH的质量比为1:(2～3)；所述的Kevlar49/KOH/DMSO混合物中退火后的Kevlar49碎屑的浓度为15mg/mL～20mg/mL；二、对纳米金刚石表面进行功能化：
①
、将表面具有含氧官能团的纳米金刚石加入到去离子水中，在频率为60Hz～100Hz的条件下，超声震荡0.5h～1h，然后在转速为100r/min～200r/min的条件下，搅拌12h～36h，得到ND悬浊液；
②
、在转速为50r/min～100r/min及温度为40℃～60℃的条件下，对ND悬浊液搅拌0.5h～1h，然后在转速为50r/min～100r/min及温度为40℃～60℃的条件下，分3次～5次且每次间隔20min～40min，将PDDA溶液滴加到ND悬浊液中，添加后在转速为50r/min～100r/min及温度为40℃～60℃的条件下，搅拌20min～40min，最后离心洗涤，得到PDDA功能化的表面带正电性的ND；所述的ND悬浊液中表面具有含氧官能团的纳米金刚石与PDDA溶液中PDDA的质量比为1:(1～3)；
③
、将PDDA功能化的表面带正电性的ND加入到无水溶剂级DMSO中，在频率为60Hz～100Hz的条件下，超声震荡0.5h～1h，然后在转速为100r/min～200r/min的条件下，搅拌12h～36h，得到ND@PDDA/DMSO悬浊液；所述的ND@PDDA/DMSO悬浊液中PDDA功能化的表面带正电性的ND的浓度为20mg/mL～30mg/mL；三、制备ND@PDDA/ANF/DMSO混合液：在温度为30℃～50℃及转速为50r/min～100r/min的条件下，对ND@PDDA/DMSO悬浊液搅拌0.5h～1h，然后在温度为30℃～50℃及转速为50r/min～100r/min的条件下，向ND@PDDA/DMSO悬浊液中滴加无水溶剂级DMSO及表面带强负电位的芳纶纳米纤维的分散液，得到ND@PDDA/ANF/DMSO混合液；所述的ND@PDDA/ANF/DMSO混合液中PDDA功能化的表面带正电性的ND与表面带强负电位的芳纶纳米纤维的质量比为1:(1～19)；所述的ND@PDDA/ANF/DMSO混合液中表面带强负电位的芳纶纳米纤维的浓度为8mg/mL～10mg/mL；四、制备ND@PDDA/ANF复合导热薄膜：取ND@PDDA/ANF/DMSO混合液滴在圆形玻璃板上，将承载ND@PDDA/ANF/DMSO混合液的玻
璃板置于温度为60℃～80℃的加热台上，加热至溶液铺满圆形玻璃板，然后置于温度为<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓磊，曹文鑫，朱嘉琦，王超，赵文忠，张晟，王永杰，代兵，杨磊，王彪，李博弘，高鸽，苏振华，孙婷婷，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：