【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种导热骨架及导热复合材料的制备方法，特别是涉及一种低界面热阻氮化硼导热骨架及导热复合材料的制备方法。
技术介绍
1、氮化硼纳米片作为导热填料具有高导热性、电绝缘性和稳定性强等优点，但同时也存在一些缺陷，主要存在以下问题：
2、为了显著提升复合材料的热导率，通常需要添加较高比例的氮化硼。然而，高填料含量往往会引发材料的力学性能如抗拉强度、抗冲击性等显著减弱，导致材料整体的机械稳定性降低。
3、高填料含量还可能导致氮化硼在聚合物基体中分散不均匀，形成团聚或局部堆积，导致界面缺陷增多，影响热导率的有效提升。
4、另外，氮化硼纳米片还容易形成较大的界面热阻。尽管氮化硼本身具有极高的热导率，但如果氮化硼纳米片之间的界面结合不够紧密或者存在大量空隙，会形成较大的界面热阻，阻碍热量的有效传递。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，目的是降低界面热阻实现少量填充获得高效热传导效果，本专利技术还提供了一种低界面热阻导热复合材料的制备方法。
2、本专利技术技术方案如下：一种低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，包括步骤：对氮化硼纳米片在氩气和水气氛下进行等离子体改性，将等离子体改性后的氮化硼纳米片采用硅烷偶联剂改性，将等离子/偶联剂联合改性后的氮化硼纳米片分散至聚丙烯腈溶液中并进行真空抽滤并干燥得到氮化硼/聚丙烯腈饼，将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下煅烧使聚丙烯腈热解为石墨结构得
3、进一步地，所述等离子体改性时气流速度0.5～4 l/min，等离子反应时间10～150s，等离子改性电压为2～10 kv，频率为1～4khz。
4、进一步地，所述将等离子体改性后的氮化硼纳米片采用硅烷偶联剂改性具体为取硅烷偶联剂加入到乙醇和纯水的混合溶液中，调节混合溶液ph值至4～5，然后加入等离子体改性后的氮化硼纳米片进行超声分散，最后清洗并去除多余的硅烷偶联剂和杂质并干燥。
5、进一步地，所述硅烷偶联剂在混合溶液中含量为0.5 wt%～5wt%。
6、进一步地，所述硅烷偶联剂为kh560。
7、进一步地，所述聚丙烯腈溶液浓度为0.1wt%～4wt%，等离子/偶联剂联合改性后的氮化硼纳米片与聚丙烯腈的质量比为10:1～1:1。
8、进一步地，所述将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下煅烧是将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下于100～300℃保温1～1.5h，然后在800～1500℃下保温1～1.5h。
9、进一步，所述将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下煅烧时升温速度为5～20℃min-1。
10、本专利技术的另一技术方案如下：一种低界面热阻导热复合材料的制备方法，包括将前述制备方法得到的低界面热阻氮化硼导热骨架浸入到聚合物基体溶液中并在真空环境中放置待溶剂挥发，取出浸渍有聚合物基体的低界面热阻氮化硼导热骨架进行固化得到低界面热阻导热复合材料。
11、进一步地，所述浸渍有聚合物基体的低界面热阻氮化硼导热骨架中低界面热阻氮化硼导热骨架材料的含量为5 wt%～15wt%。
12、本专利技术中采用等离子/偶联剂联合改性，等离子体改性增大了氮化硼表面的羟基含量，从而增强了氮化硼与偶联剂的脱水缩合反应，使氮化硼表面包覆更多的偶联剂。根据相似相溶原理，等离子体+偶联剂改性的样品分散性更好，这对于与与丙烯腈的反应形成定向排列十分重要。
13、等离子/偶联剂联合改性后的氮化硼纳米片分散至聚丙烯腈溶液中进行真空抽滤形成定向排列的主要原因可归结于以下方面：
14、溶液中的氮化硼纳米片受到外部抽吸力的影响，会沿着流动方向进行定向移动。随着溶剂被逐渐抽走，纳米片之间会发生自组装行为，形成层状堆叠结构。由于流动方向的单一性，纳米片倾向于按照流动方向进行排列，从而实现定向排列。
15、流动导向效应：在真空抽滤过程中，溶液中的氮化硼纳米片受到外部抽吸力的影响，会沿着流动方向进行定向移动。随着溶剂被逐渐抽走，纳米片之间会发生自组装行为，形成层状堆叠结构。由于流动方向的单一性，纳米片倾向于按照流动方向进行排列，从而实现定向排列。
16、表面能最小化原理：氮化硼纳米片在溶液中会寻求最小化其表面能的状态。在真空抽滤的过程中，纳米片会倾向于形成更紧密的堆积结构，以减小表面积并降低表面能。这种堆积结构的形成有助于纳米片的定向排列。
17、纳米片之间的相互作用：氮化硼纳米片之间可能存在范德华力、静电相互作用或氢键等，这些相互作用力在真空抽滤的过程中会促使纳米片进行有序排列。同时，纳米片的形状、尺寸和表面性质也会影响其相互作用的方式和强度，从而影响定向排列的效果。
18、虽然氮化硼定向排列自有的三维网络结构使其获得较好的传热性能，但作为由个体氮化硼相互穿插形成的网络，其内部相邻氮化硼之间主要依靠范德华力连接在一起，氮化硼之间直接接触位点很少，这种弱的连接作用使相邻氮化硼之间存在着巨大的接触热阻。采用碳化焊接使氮化硼通过原位引入石墨结构，提高了毗邻氮化硼之间的连接。这种有效连接可以降低接触热阻，形成真正的互联贯通导热网络，相比于其他形式的氮化硼，更有利于制备高性能的热界面材料。
19、具体的，经过碳化焊接产生了以下效果：
20、1）接触面积的增大：碳化焊接过程可能使得氮化硼纳米片间的接触面积显著增加。接触面积的增大意味着热量可以通过更多的路径进行传递，从而减少了热量在界面处的积累和散失，提高了热传递的效率。
21、2)消除或减少界面间隙：氮化硼纳米片之间原本可能存在的微小间隙或空气层，在碳化焊接过程中被填充或消除。这些间隙和空气层是热传导的主要障碍，它们的减少或消除显著降低了界面热阻，使得热量能够更顺畅地传递。
22、3)提高界面结合的强度：碳化焊接可能增强了氮化硼纳米片之间的结合强度，形成更为稳定的界面结构。这种结构稳定性有助于减少因热应力或热膨胀引起的界面分离，从而维持了较低的界面热阻。
23、4)声子输运的改善：氮化硼是一种具有优良导热性能的材料，其导热主要依赖于声子的输运。碳化焊接可能改善了氮化硼纳米片间的声子输运条件，减少了声子在界面处的散射和损失，从而提高了材料的导热率。
24、5)减少界面缺陷和杂质：碳化焊接过程可能有助于减少氮化硼纳米片界面的缺陷和杂质。界面缺陷和杂质通常是热传导的障碍，它们的减少有助于提升材料的导热性能。
25、综上，与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案的优点在于：
26、首先，等离子体/偶联剂改性可以改善氮化硼在丙烯腈溶液中的分散性，使得丙烯腈溶液更容易吸附于氮化硼纳米片的界面连接处，为后续在界面处形成碳化焊机降低界面热阻打下基础。
27、其次，真空抽滤法利用真空产生的负压，使得悬浮液中的纳米导热填料在通过滤膜时受到定向的力的作用。在这个过程中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，包括步骤：对氮化硼纳米片在氩气和水气氛下进行等离子体改性，将等离子体改性后的氮化硼纳米片采用硅烷偶联剂改性，将等离子/偶联剂联合改性后的氮化硼纳米片分散至聚丙烯腈溶液中并进行真空抽滤并干燥得到氮化硼/聚丙烯腈饼，将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下煅烧使聚丙烯腈热解为石墨结构得到所述低界面热阻氮化硼导热骨架。
2.根据权利要求1所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述等离子体改性时气流速度0.5～4 L/min，等离子反应时间10～150s，等离子改性电压为2～10kV，频率为1～4kHz。
3.根据权利要求1所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述将等离子体改性后的氮化硼纳米片采用硅烷偶联剂改性具体为取硅烷偶联剂加入到乙醇和纯水的混合溶液中，调节混合溶液pH值至4～5，然后加入等离子体改性后的氮化硼纳米片进行超声分散，最后清洗并去除多余的硅烷偶联剂和杂质并干燥。
4.根据权利要求3所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂在混合溶
5.根据权利要求4所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH560。
6.根据权利要求1所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈溶液浓度为0.1wt%～4wt%，等离子/偶联剂联合改性后的氮化硼纳米片与聚丙烯腈的质量比为10:1～1:1。
7.根据权利要求1所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下煅烧是将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下于100～300℃保温1～1.5h，然后在800～1500℃下保温1～1.5h。
8.根据权利要求7所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下煅烧时升温速度为5～20℃min -1。
9.一种低界面热阻导热复合材料的制备方法，其特征在于，将根据权利要求1-8中任意一项所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法得到的低界面热阻氮化硼导热骨架浸入到聚合物基体溶液中并在真空环境中放置待溶剂挥发，取出浸渍有聚合物基体的低界面热阻氮化硼导热骨架进行固化得到低界面热阻导热复合材料。
10.根据权利要求9所述的低界面热阻导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述浸渍有聚合物基体的低界面热阻氮化硼导热骨架中低界面热阻氮化硼导热骨架材料的含量为5 wt%～15wt%。
...【技术特征摘要】
1.一种低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，包括步骤：对氮化硼纳米片在氩气和水气氛下进行等离子体改性，将等离子体改性后的氮化硼纳米片采用硅烷偶联剂改性，将等离子/偶联剂联合改性后的氮化硼纳米片分散至聚丙烯腈溶液中并进行真空抽滤并干燥得到氮化硼/聚丙烯腈饼，将氮化硼/聚丙烯腈饼在保护气氛下煅烧使聚丙烯腈热解为石墨结构得到所述低界面热阻氮化硼导热骨架。
2.根据权利要求1所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述等离子体改性时气流速度0.5～4 l/min，等离子反应时间10～150s，等离子改性电压为2～10kv，频率为1～4khz。
3.根据权利要求1所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述将等离子体改性后的氮化硼纳米片采用硅烷偶联剂改性具体为取硅烷偶联剂加入到乙醇和纯水的混合溶液中，调节混合溶液ph值至4～5，然后加入等离子体改性后的氮化硼纳米片进行超声分散，最后清洗并去除多余的硅烷偶联剂和杂质并干燥。
4.根据权利要求3所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂在混合溶液中含量为0.5 wt%～5wt%。
5.根据权利要求4所述的低界面热阻氮化硼导热骨架的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶...
【专利技术属性】
技术研发人员：管沁晗，窦雪寒，周丛丛，丁文惠，郭旭，刘恒洋，陈涛，凌羽雁，刘小雨，曹振兴，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：
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