【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氮化硼气凝胶，具体涉及一种官能化氮化硼气凝胶复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、气凝胶突出的隔热性能来自于其多孔结构。气凝胶的孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程，因此空隙中的空气分子近似静止，从而避免了空气的对流传热。气凝胶极低的体积密度及多孔结构的弯曲路径也阻止了气态和固态热传导，趋于“无穷多”的空隙壁可以使热辐射降至最低。三方面共同作用，几乎阻断了所有热传递途径，使气凝胶达到其他材料无法比拟的隔热效果。但其独特的高孔隙率结构特征，也导致骨架承受的应力能力差，孔间的毛细管压力差较大，表现为质脆、易碎。如何通过制备复合材料增强气凝胶的力学性能是该领域急需解决的问题。
2、现阶段氮化硼气凝胶的制备主要是通过超临界干燥和常压干燥的方法。但超临界干燥要求加压升温条件高，设备成本昂贵，干燥工艺控制要求复杂严苛。常压干燥的干燥时间长，产品质量差，产品结构易收缩和塌陷。如何通过一种操作简单成本低廉的方式生产气凝胶是该领域急需解决的问题。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对现有技术中存在气凝胶材料力学性能差、隔热效果不好、制备方法复杂等问题，本专利技术提出一种官能化氮化硼气凝胶复合材料及其制备方法与应用，制备的复合材料力学性能显著增强，隔热性能明显提高，制备流程简单、效率高并且能耗低。
2、技术方案：一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，步骤如下：
3、步骤一，制备官能化氮化硼纳米片，并将官能化氮化硼纳米片的水分散液加入聚乙烯醇
4、步骤二，将官能化氮化硼/聚乙烯醇水溶液采用低温冷冻法使溶液凝固得到混合固体；
5、步骤三，采用冷冻干燥法使混合固体中的水升华从而制得氮化硼气凝胶。
6、作为优选，所述步骤一中官能化氮化硼/聚乙烯醇水溶液中官能化氮化硼的总固含量为(1-90):100,聚乙烯醇水溶液的浓度为0.5-15wt％。
7、作为优选，所述步骤一中官能化氮化硼为羟基官能化或氨基官能化氮化硼纳米片。
8、作为优选，所述羟基官能化纳米片的制备方法如下：将氮化硼粉末分散到异丙醇水溶液中，氮化硼粉末与异丙醇水溶液的比值为2g：100ml，通过尖端超声，在80％的频率下超声处理12h后以6000rpm离心处理30min，取离心上液，得到羟基官能化氮化硼纳米片/异丙醇分散液，通过离心-分散-水溶剂置换后，得到羟基官能化氮化硼纳米片/水分散液，冷冻干燥得到羟基官能化氮化硼纳米片粉末。
9、作为优选，所述氨基官能化纳米片的制备方法如下：将氮化硼粉末和尿素加入球磨罐中，氮化硼粉末和尿素的质量比为1:60，以氧化锆球磨球为介质，在500rpm下球磨12h，得到氨基官能化氮化硼纳米片。
10、作为优选，所述步骤二中低温冷冻法具体如下：将溶液放置在-20℃以下，冷冻6-12h。
11、基于上述方法制备的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料。其包含官能化的氮化硼纳米片和聚乙烯醇骨架结构。其中，官能化氮化硼纳米片通过氢键与聚乙烯醇骨架结构有效连接。
12、基于上述一种官能化氮化硼气凝胶复合材料在作为电池电极材料、超级电容器储能、催化、吸附体系材料；航天、兵器、车辆及舰艇材料；石油化工、轨道交通、电力工业、矿用井下救生舱和城镇热力管网材料；新能源汽车材料中的应用。
13、有益效果：(1)本专利技术通过在聚乙烯醇骨架网络结构中引入官能化氮化硼，两者在气凝胶内部通过氢键有效链接，利用二维材料优异的力学性能，在气凝胶内部网络骨架形成增强体，与骨架形成有效连接，提高复合气凝胶的力学性能。
14、(2)本专利技术选用作为“白色石墨烯”的氮化硼纳米片为原料，具有较高的热辐射屏蔽作用，其可在气凝胶内部网络骨架形成“无穷热隔热板效应”，进一步屏蔽热辐射，有效阻隔辐射传热。
15、(3)本专利技术通过引入氮化硼延长了骨架内的热传导路径，使热量难以在气-固界面传导，进一步增强了隔热性能。
16、相比于现已有的气凝胶，所制备的复合气凝胶的力学性能显著增强。相比于纯pva气凝胶约为50kpa的抗压性能，所制备的复合气凝胶的抗压性能是传统纯pva气凝胶性能的5倍以上。同时复合气凝胶的隔热性能明显提高，相比于传统纯pva气凝胶约0.1w/mk的热导率，复合气凝胶的垂直热导率仅为其1/10左右。同时相比于现已有的氮化硼气凝胶制备方法具有设备要求低，制备流程简单，制备效率高，能耗低的特点。
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1.一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中官能化氮化硼/聚乙烯醇水溶液中官能化氮化硼的总固含量为(1-90):100,聚乙烯醇水溶液的浓度为0.5-15wt%。
3.根据权利要求1所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中官能化氮化硼为羟基官能化或氨基官能化氮化硼纳米片。
4.根据权利要求3所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述羟基官能化纳米片的制备方法如下：将氮化硼粉末分散到异丙醇水溶液中，氮化硼粉末与异丙醇水溶液的比值为2 g：100 mL，通过尖端超声，在80%的频率下超声处理12 h后以6000 rpm离心处理30 min，取离心上液，得到羟基官能化氮化硼纳米片/异丙醇分散液，通过离心-分散-水溶剂置换后，得到羟基官能化氮化硼纳米片/水分散液，冷冻干燥得到羟基官能化氮化硼纳米片粉末。
5.根据权利要求3所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特
6.根据权利要求1所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中低温冷冻法具体如下：将溶液放置在-20℃以下，冷冻6-12h。
7.基于权利要求1所述的方法制备的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料。
8.基于权利要求7所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料在作为电池电极材料、超级电容器储能、催化、吸附体系材料；航天、兵器、车辆及舰艇材料；石油化工、轨道交通、电力工业、矿用井下救生舱和城镇热力管网材料；新能源汽车材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中官能化氮化硼/聚乙烯醇水溶液中官能化氮化硼的总固含量为(1-90):100,聚乙烯醇水溶液的浓度为0.5-15wt%。
3.根据权利要求1所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中官能化氮化硼为羟基官能化或氨基官能化氮化硼纳米片。
4.根据权利要求3所述的一种官能化氮化硼气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述羟基官能化纳米片的制备方法如下：将氮化硼粉末分散到异丙醇水溶液中，氮化硼粉末与异丙醇水溶液的比值为2 g：100 ml，通过尖端超声，在80%的频率下超声处理12 h后以6000 rpm离心处理30 min，取离心上液，得到羟基官能化氮化硼纳米片/异丙醇分散液，通过离心-分散-水溶剂置换后，得到羟...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄淞，刘闽苏，钟悦妮，范维仁，邹瑞萍，
申请(专利权)人：苏州工业园区蒙纳士科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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