预膨胀制备氮化硼纳米片及其导热复合材料性能

由六方氮化硼(h-BN)剥离制备氮化硼纳米片(BNNS)需破坏相邻层中B与N原子交替堆积产生的Lip-lip作用,因此,单层或少层BNNS制备效率低是限制其广泛应用的重要原因。文中采用预先膨胀辅助液相超声的方法,利用碳酸氢铵受热分解产生CO_(2)和NH3气体插层到h-BN层间,得到预先膨胀的h-BN,后经超声处理成功制备了横向尺寸约1μm、厚度2.5nm的高质量BNNS。所得BNNS与纤维素纳米纤维(CNF)经溶液共混、抽滤,制得了CNF/BNNS复合材料。当CNF/BNNS复合材料中BNNS质量分数为50%时,复合材料的面内热导率高达18.85W/(m·K),相比较基体提高了3.5倍,高度取向的超薄BNNS在基体内形成了有效的导热通路,使得复合材料的导热性能得到显著提高。

氮化硼纳米片的绿色制备及其在导热复合材料中的应用

聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物因具有较低的热导率限制了其使用范围,添加高导热填料可以提升聚合物材料的导热性能,所制备的聚合物基导热复合材料在热管理领域具有重要的应用价值。本文采用六方氮化硼纳米片(BNNS)和球形氧化铝(Al_(2)O_(3))作为导热填料,通过热压的方法制备出Al_(2)O_(3)-BNNS/PVDF导热复合材料。首先,在氯化胆碱(ChCl)与植酸(PA)水溶液组成的绿色溶剂中,高效剥离制备得到厚度3~5 nm、直径1~5μm的BNNS纳米填料。再利用BNNS、Al_(2)O_(3)杂化填料的协同作用,采用溶液共混-热压的方式制得具有类似豌豆荚结构的导热复合材料,构建出良好的导热网络。当添加30wt%Al_(2)O_(3)与20wt%BNNS时,复合材料面内热导率高达11.54 W/(m·K),垂直热导率为5.70 W/(m·K),复合材料的热导率大幅提升,用作热界面材料表现出优异的散热性能。