CN113201205A - 一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：h‑BN在表面活性剂的作用下进行液相剥离成为BNNSs薄片；步骤二：称取步骤一中一定配比的BNNSs混合在预先配置的PVA水溶液中混合均匀；步骤三：添加SiCNWs混合入步骤二中的BNNSs分散液继续通过磁力搅拌混合1h；步骤四：称量蛋清冻干粉加入混合液在磁力搅拌台上混合5h；步骤五：随后使用高速打蛋机对体系进行发泡至糖霜状，将其转移至特定形状的模具中，在70℃烘箱中蒸干和固定骨架；步骤六：对复合物骨架进行烧结；步骤七：向骨架填充一定量的事先混合均匀的环氧与固化液的混合溶液；步骤八：最后固化。本发明提供的制备方法，方法简单，生成成本低。

Description

一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料及 其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料加工材料领域，特别涉及一种纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络和其复合材料及其制备方法。

背景技术

随着5G技术等革新性技术进一步发展，各类前沿高科技产品及相关产业链对于超高性能集成电路的需求飞速发展，高集成电路对其组成材料有了更高的要求，包括超轻薄化，更加微小化以及更加多功能化，但要满足如此高集成化的产品不可避免的需要高功率集成，而由此必产生大量的热量堆积，热量的大量堆积会对产品的性能和使用寿命造成不可小觑的影响，因而在产品设计中考虑如何有效消除热积累是不可或缺的一部分。

提升环氧树脂基高分子复合材料的主要途径之一是通过向环氧预聚物中共混入具有高导热系数的导热填料。通过共混法制备导热高分子复合材料通常需要大量填料添加，这确实可以提升聚合物复合材料的导热性能，但是大量导热填料添加会导致很多不可弥补的机械性能损伤。

对于聚合物基导热性能的提升的另一种方法是可以通过模板法进行构建导热通路法。常见的模板法(如冰模板法、聚合物泡沫模板法、盐模板法等)可以构建高效的导热网络，但是模板本身的固定尺寸与成型工艺使其很难满足目前多样化产品形状的要求。

因此，现有技术亟待解决。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有技术的不足，提供一种纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络和其复合材料及其制备方法。基于上述问题，本发明提出了一种纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络和其复合材料及其制备方法，制备方法简单，原料普通，生成成本低。

本发明中，六方氮化硼或被简称为“h-BN”，双酚环氧树脂或被简称为“DGEBA”，胆酸钠或被简称为“SC”，氮化硼纳米片或被简称为“BNNSs”，碳化硅纳米线或被简称为“SiCNWs”，聚乙烯醇或被简称为“PVA”，甲基四氢苯酐或被简称为“Me-THPA”，N,N-二甲基苄胺或被简称为“DMBA”，环氧树脂或被简称为“EP”。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：h-BN在表面活性剂的作用下进行液相剥离，形成BNNSs的水相分散液，并烘干研磨待用；

步骤二：称取步骤一中一定配比的BNNSs混合在预先配置的PVA水溶液中，在磁力搅拌台上混合1～2h直至混合均匀；优选的，在磁力搅拌台上混合1h直至混合均匀；

步骤三：添加SiCNWs混合入步骤二中的BNNSs分散液继续通过磁力搅拌混合1～2h；优选的，混合1h；

步骤四：称量蛋清冻干粉加入混合液在磁力搅拌台上混合4～6h；优选的，混合5h；

步骤五：随后使用高速打蛋机对体系进行发泡至糖霜状，将其转移至特定形状的模具中，在60～80℃烘箱中蒸干和固定骨架；优选的，在70℃烘箱中蒸干和固定骨架；

步骤六：然后使用管式炉对步骤五中的BNNSs/SiCNWs/protein/PVA复合物骨架进行烧结；

步骤七：向步骤六中烧结得到的骨架填充一定量事先混合均匀的环氧树脂与固化液的混合溶液；

步骤八：最后将装有BNNSs/SiCNWs/DGEBA的模具放置在150℃烘箱内预固化4～6h，在180～220℃烘箱内后固化1～2h。优选的，最后将装有BNNSs/SiCNWs/DGEBA的模具放置在150℃烘箱内预固化5h，在200℃烘箱内后固化2h。

本发明的技术方案原理为：

1、使用SC进行BN的液相剥离原理：

SC作为一种表面活性剂具有良好的两亲的性质，并且与BN有强烈的相互作用，可以在BN的液相剥离过程中包裹BN纳米片，在超声过程同步对BN进行非共价键的活性基团功能化以此提升剥离的效果并且防止剥离后制备的BNNSs水分散液中BNNSs进一步发生团聚与沉降。

2、BNNSs/SiCNWs骨架制备原理：

(1)蛋清中含有的蛋白质在高速发泡过程中，分子链受到高速剪切力的作用而发生膨胀，并且此过程中PVA的存在可以在BNNSs表面形成黏性“薄膜”，此外经过表面功能化的BNNSs含有的活性基团，这几者与蛋白质分子链可以通过一些作用力如氢键、离子键等使BNNSs更好的吸附在打发后呈现的3D骨架上，有利于后续过程中BNNSs的3D导热网络的成型。

(2)蛋清打发后的蜂窝状结构在70℃的条件下转变成不可逆的固定状态是因为溶剂减少后的分子链的可移动性降低，此外骨架快速的固定有助于防止体系中的BNNSs与SiCNWs的沉降和团聚。

(3)体系中协同存在的一维SiCNWs可以作为片层BNNSs在蛋白质等有机物被去除后相互的连接桥梁，并且经过700℃的高温烧结，SiCNWs与BNNSs之间会出现相互的连接点，以此构建完整的导热网络。

如上所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，所述步骤一中BNNSs在表面活性剂的作用下进行液相剥离,其作用是将在添加相同质量的BNNSs情况下，通过剥离使其在体系中以更多薄层的BNNSs存在由此增加BNNSs提升复合材料导热性能的效率，并借助表面活性剂协同的作用对BNNSs同步进行非共价键的功能化，帮助BNNS的分散以及通过功能基团间的相互作用力形成更有效的网络，其剥离的具体步骤如下：

步骤S1：先称取一定量的h-BN粉末用水分散；

步骤S2：向h-BN水分散液中添加胆酸钠的添加量为溶液的0.05wt％，作为表面活性剂，接着在超声作用下处理10h；

步骤S3：得到的均匀溶液进一步使用点对点式细胞破碎仪在500W的功率下破碎2小时；

步骤S4：在2000rpm转速下进行离心10min并取上清液，去除未剥离的h-BN；

步骤S5：将BNNSs分散液烘干研磨待用。

其中步骤S2为关键步骤，SC作为一种表面活性剂具有良好的两亲的性质，并且与BN有强烈的相互作用，可以有效协同剥离与功能化BNNSs，此外根据对比研究发现胆酸钠添加量为溶液的0.05wt％为最佳比例。

如上所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，所述步骤三中添加的BNNSs与SiCNWs的质量比为10：1～10：2，经过比对发现使用10：1的添加比例可以最有效形成填料的协同作用，如果增加SiCNWs的添加量变成超过10：2会造成体系粘度大幅提升，不利于蛋清的后续打发与3D网络的构建，若SiCNWs的添加量小于10：1，会造成填料间的协同作用变差以及导热性能提升不明显。更优选的，所述步骤三中添加的BNNSs与SiCNWs的质量比为10：1。

如上所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，所述步骤六中的烧结条件如下：

(1)5℃/min从25℃升温至200℃，此步骤作用为使复合物的快速除水；

(2)1℃/min从200℃升温至600℃，此步骤作用为使复合物中蛋白质快速去除；

(3)2℃/min从600℃升温至700℃，此步骤作用为保证体系中有机物的去除以及部分碳化有机物的去除；

(4)在700℃恒温一个小时，作用为有机物去除后骨架的固定。

如上所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，所述步骤七中固化液为甲基四氢苯酐和N,N-二甲基苄胺的混合物，所述甲基四氢苯酐和N,N-二甲基苄胺的质量比为40：0.1，环氧树脂与固化液的混合质量比为100：80。

如上述所述的制备方法制备的基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料，包括纳米氮化硼和碳化硅纳米线一维SiCNWs与二维BNNSs复配填料体系形成的导热网络。导热网络整体呈现为3D蜂窝状结构，其中二维片层的BNNSs为网络的主要形成结构，一维的SiCNWs作为“连接桥”连接网络中的BNNSs并进一步支撑网络的3D结构，增加更多的热传导路径。

本发明的有益效果是：

1、制备方法简单，原料普通，生成成本低。

2、此法制备的环氧基导热复合材料可以在添加较低含量的导热填料(<5wt％)的状态下下大量提升复合材料的导热性能，可以提升至环氧树脂的3.8倍。

3、此法制备的是高效3D导热网络可以避免复合材料因无机填料添加造成的力学性能损伤。

4、借助此工艺可以解决模板法导热聚合物制备的短板，主要体现在可以根据需求制备各种形状和大小的导热网络，不再局限于模板法中使用的固定大小和形状的限制，如：借助聚氨酯泡沫构建导热网络的工艺只能制备泡沫成型的形状，而本工艺因为在烧结前呈现的是霜状的结构，可以浇筑入任意形状的模具中构建导热网络。

5、填料价格低廉，添加量少，能够满足经济效益。

附图说明

图1为原料的形貌表征，其中，(a)为SiCNWs的SEM图，(b)为SiCNWs的SEM放大图；(c)、(d)为原始h-BN的SEM图；(e)为剥离BNNSs的SEM图，(f)为剥离BNNSs的SEM放大图；

图2为h-BN和剥离BNNSs的XRD图谱；

图3为h-BN、剥离后BNNSs以及SC的FT-IR图谱；

图4为BNNSs/SiCNWs骨架构建过程的SEM图：(a)BNNSs/SiCNWs/Protein复合物(烧结前)及(b-d)其放大图像；

图5为BNNSs/SiCNWs骨架构建过程的SEM图：(a)烧结后的BNNSs/SiCNWs3D骨架及(b-d)其放大图像；

图6为环氧基复合材料的SEM图：(a)为对比例1的复合材料的形貌，(b)为对比例1的复合材料的放大图像，(c)为实施例1的复合材料的形貌，(d-f)为实施例1的复合材料的放大图像；

图7为(a)环氧基复合材料的FL-IR照片，其中，(i)对比例1的复合材料、(ii)对比例3的复合材料和(iii)实施例1的复合材料；(b)各体系样品表面温度变化与时间关系。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。表1所示的为本发明主要试剂与原料。

表1主要试剂与原料

实施例1：

本实施例提供的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料，是通过以下方法制备的，包括以下步骤：

步骤一：h-BN在表面活性剂的作用下进行液相剥离，形成BNNSs分散液；具体步骤如下：步骤S1：先在1000ml的烧杯中称取4g h-BN并用400ml水分散；步骤S2：向水分散液中添加0.2g胆酸钠作为表面活性剂，接着在超声作用下超声10h；步骤S3：得到的均匀溶液进一步使用点对点式细胞破碎仪在500W的功率下破碎2小时；步骤S4：在2000rpm转速下进行离心10min并取上清液，去除未剥离的h-BN；步骤S5：将BNNSs分散液烘干研磨代用。

步骤二：称取150mg的BNNSs粉末混合在预先配置的3ml 2wt％PVA水溶液中，在磁力搅拌台上混合1h直至混合均匀；

步骤三：添加SiCNWs混合入上述分散液继续通过磁力搅拌混合1h；所述BNNSs与SiCNWs的质量比为10：1；

步骤四：称量0.75g蛋清冻干粉加入混合液在磁力搅拌台上混合5h；

步骤五：随后使用高速打蛋机对体系进行发泡至糖霜状，将其转移至特定形状的模具中，在70℃烘箱中蒸干和固定骨架；

步骤六：然后使用管式炉对步骤五中的BNNSs/SiCNWs/protein/PVA复合物骨架进行烧结；所述步骤六中的烧结条件如下：

(1)5℃/min从25℃升温至200℃；

(2)1℃/min从200℃升温至600℃；

(3)2℃/min从600℃升温至700℃；

(4)在700℃恒温一个小时。

步骤七：向步骤六中的骨架填充5.4g的事先混合均匀的环氧与固化液的混合溶液，环氧树脂与固化液的混合质量比为100：80，其中，环氧树脂添加量为3g，固化液添加量为2.4g；本实施例中，固化液为Me-THPA和DMBA的混合物，所述Me-THPA和DMBA的质量比为40：0.1；

步骤八：最后将装有BNNSs/SiCNWs/DGEBA的模具放置在150℃烘箱内预固化5h，在200℃烘箱内后固化2h。

实施例2：

本实施例提供的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料，是通过以下方法制备的，包括以下步骤：

步骤一：h-BN在表面活性剂的作用下进行液相剥离，形成BNNSs分散液；具体步骤如：步骤S1：先在1000ml的烧杯中称取4g h-BN并用400ml水分散；步骤S2：向水分散液中添加0.2g胆酸钠作为表面活性剂，接着在超声作用下超声10h；步骤S3：得到的均匀溶液进一步使用点对点式细胞破碎仪在500W的功率下破碎2小时；步骤S4：在2000rpm转速下进行离心10min并取上清液，去除未剥离的h-BN；步骤S5：将BNNSs分散液烘干研磨代用。

步骤二：称取100mg一定配比的BNNSs粉末混合在预先配置的4ml 1wt％PVA水溶液中，在磁力搅拌台上混合1h直至混合均匀；

步骤三：添加SiCNWs混合入上述分散液继续通过磁力搅拌混合1h；所述BNNSs与SiCNWs的质量比为10：1；

步骤四：称量1.0g蛋清冻干粉加入混合液在磁力搅拌台上混合5h；

步骤五：随后使用高速打蛋机对体系进行发泡至糖霜状，将其转移至特定形状的模具中，在70℃烘箱中蒸干和固定骨架；

步骤六：然后使用管式炉对步骤五中的BNNSs/SiCNWs/protein/PVA复合物BNNSs/protein/PVA复合物骨架进行烧结；所述步骤六中的烧结条件如下：

(1)5℃/min从25℃升温至200℃；

(2)1℃/min从200℃升温至600℃；

(3)2℃/min从600℃升温至700℃；

(4)在700℃恒温一个小时。

步骤七：向步骤六中的骨架填充5.4g的事先混合均匀的环氧与固化液的混合溶液，环氧树脂与固化液的混合质量比为100：80，其中，环氧树脂添加量为3g，固化液的添加量为2.4g，本实施例中，固化液为Me-THPA和DMBA的混合物，所述Me-THPA和DMBA的质量比为40：0.1；

步骤八：最后将装有BNNSs/SiCNWs/DGEBA BNNSs/DGEBA的模具放置在150℃烘箱内预固化5h，在200℃烘箱内后固化2h。

实施例3：

本实施例提供的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料，是通过以下方法制备的，包括以下步骤：

步骤一：h-BN在表面活性剂的作用下进行液相剥离，形成BNNSs分散液；具体步骤如：步骤S1：先在1000ml的烧杯中称取4g h-BN并用400ml水分散；步骤S2：向水分散液中添加0.2g胆酸钠作为表面活性剂，接着在超声作用下超声10h；步骤S3：得到的均匀溶液进一步使用点对点式细胞破碎仪在500W的功率下破碎2小时；步骤S4：在2000rpm转速下进行离心10min并取上清液，去除未剥离的h-BN；步骤S5：将BNNSs分散液烘干研磨代用；

步骤二：称取200mg的BNNSs粉末混合在预先配置的3ml 1wt％PVA水溶液中，在磁力搅拌台上混合1h直至混合均匀；

步骤三：添加SiCNWs混合入上述分散液继续通过磁力搅拌混合1h；所述BNNSs与SiCNWs的质量比为10：1.5；

步骤四：称量0.75g蛋清冻干粉加入混合液在磁力搅拌台上混合5h；

步骤五：随后使用高速打蛋机对体系进行发泡至糖霜状，将其转移至特定形状的模具中，在70℃烘箱中蒸干和固定骨架；

步骤六：然后使用管式炉对步骤五中的BNNSs/SiCNWs/protein/PVA复合物骨架进行烧结；所述步骤六中的烧结条件如下：

(1)5℃/min从25℃升温至200℃；

(2)1℃/min从200℃升温至600℃；

(3)2℃/min从600℃升温至700℃；

(4)在700℃恒温一个小时。

步骤七：向步骤六中的骨架填充5.4g的事先混合均匀的环氧与固化液的混合溶液，环氧树脂与固化液的混合质量比为100：80，其中，环氧树脂添加量为3g，固化液添加量为2.4g：本实施例中，固化液为Me-THPA和DMBA的混合物，所述Me-THPA和DMBA的质量比为40：0.1；

步骤八：最后将装有BNNSs/SiCNWs/DGEBA的模具放置在150℃烘箱内预固化5h，在200℃烘箱内后固化2h。

对比例1：

本对比例提供的一种复合材料，是通过以下方法制备的，包括以下步骤：

步骤一：称取40g的Me-THPA与0.1g的DMBA，使用超声100W混合5min；

步骤二：称取3g环氧树脂与2.4g步骤一中制备的固化液，混合均匀；

步骤三：将步骤二中的环氧与固化液的混合液转移至模具中；

步骤四：将模具放置在150℃烘箱内预固化5h，在200℃烘箱内进行后固化。

对比例2：

本对比例提供的一种复合材料，是通过以下方法制备的，包括以下步骤：

步骤一：称取一定100mg的h-BN，转移至10ml乙醇溶剂中，通过机械搅拌使其充分混合；

步骤二：向步骤一的h-BN分散液中添加3g的环氧树脂，在磁力搅拌器中混合3h；

步骤三：将h-BN/DGEBA的混合液放置在加热台上升温至90℃以除去大量乙醇溶剂；

步骤四：将样品转移至120℃真空烘箱中保持3h以确保溶剂完全排除干净；

步骤五：添加2.4g预先配置好的固化液，环氧树脂与固化液的混合质量比为100：80，本对比例中，固化液为Me-THPA和DMBA的混合物，所述Me-THPA和DMBA的质量比为40：0.1，搅拌均匀后，转移至模具中；

步骤六：将模具放置在150℃烘箱内预固化5h，在200℃烘箱内进行后固化。

对比例3：

本对比例提供的一种复合材料，是通过以下方法制备的，包括以下步骤：

步骤一：称取一定150mg的h-BN，转移至10ml乙醇溶剂中，通过机械搅拌使其充分混合；

步骤二：向步骤一的h-BN分散液中添加3g的环氧树脂，在磁力搅拌器中混合3h；

步骤三：将h-BN/DGEBA的混合液放置在加热台上升温至90℃以除去大量乙醇溶剂；

步骤四：将样品转移至120℃真空烘箱中保持3h以确保溶剂完全排除干净；

步骤五：添加2.4g预先配置好的固化液，环氧树脂与固化液的混合质量比为100：80，本对比例中，固化液为Me-THPA和DMBA的混合物，所述Me-THPA和DMBA的质量比为40：0.1，搅拌均匀后，转移至模具中；

步骤六：将模具放置在150℃烘箱内预固化5h，在200℃烘箱内进行后固化。

表2为实施例1及对比例1-3的导热性能测试结果，导热系数的测定是采用西安夏溪电子科技有限公司的TC3000E热线法导热测试仪进行测定，其中测试是采用两个相同材质的均匀片状样品进行测定，参照GB/T10297以及ASTM D5930。由表2可以说明，根据本发明的导热网络构建工艺进行实施，实施例1-3的导热系数整体上优于对比例1-3。特别是，实施例1可以在2.7wt％BNNSs添加的情况下导热系数达到0.69W·m^-1·K^-1，为对比例1的3.8倍，提升约为283％，说明体系中形成了有效的3D导热通路。而对比例2和3只能达到0.36和0.34W·m^-1·K^-1，同为BNNSs添加制备的导热复合材料，使用本发明的工艺可以大幅高效提升导热性能。本发明中，BN的填充量通过以下公式计算得到：BN的填充量＝{BN的质量/(BN+树脂+固化剂)的质量}*100％。BN的填充量的单位通过wt％表示。

表2实施例1-实施例3及对比例1-3的导热性能测试结果

图1为原料的形貌表征，其中，(a)为SiCNWs的SEM图，(b)为SiCNWs的SEM放大图；(c)、(d)为原始h-BN的SEM图；(e)为剥离BNNSs的SEM图，(f)为剥离BNNSs的SEM放大图；由图1(a)，(b)可以看出，可以观察到SiCNWs的长度约为30μm直径约为100nm，说明纳米线具有超高的长径比，可以被用来构建导热通路并提升导热提升效率。此外，通过图1(c)、(d)可以发现h-BN呈现为片径约为3-10μm六方的片层结构，但大多都以多层叠加的状态存在。经过剥离后的BNNSs形貌如图1(e)可以明显的观察到氮化硼的厚度减小。

图2为h-BN和剥离BNNSs的XRD图谱；由图2可以看出，原始h-BN的主要特征峰在26.0°、41.0°、55.0°可以被观察到，其相应的晶面为(002)、(100)、(004)。经过比较，剥离后BNNSs的(002)显示为更低的峰高以及更宽的峰宽，这表明h-BN经过胆酸钠辅助液相剥离后在c方向的堆积变少。此外，BNNSs的(200)晶面对应的2θ角减小(从26.820°减小到26.600°)，根据Bragg方程可以进一步证实h-BN的剥离。

图3为原始h-BN、剥离后BNNSs以及SC的FT-IR图谱；由图3可以看出，h-BN与BNNSs在1380cm^-1和806cm^-1都显示了属于B-N伸缩振动以及B-N-B弯曲振动所代表的特征峰。对比发现剥离后的BNNSs在3300cm^-1和2800cm^-1、2900cm^-1处出现了其他种类的特征峰。与胆酸钠谱图对比可以发现这两个特征峰来自胆酸钠，分别代表的是-OH伸缩振动以及-CH的伸缩振动，说明BNNSs成功通过非共价的方式进行了功能化。

图4为BNNSs/SiCNWs骨架构建过程的SEM图：(a)BNNSs/SiCNWs/Protein复合物(烧结前)及(b-d)其放大图像；由图4可以看出，BNNSs/SiCNWs/Protein骨架呈现为蜂窝状的三维结构，其展现的骨架孔径约为100μm。此外，通过放大图可以确认SiCNWs的添加起到了支撑与连接作用，很多小片状的BNNSs吸附在SiCNWs线状结构的表面。

图5为BNNSs/SiCNWs骨架构建过程的SEM图：(a)烧结后的BNNSs/SiCNWs3D骨架及(b-d)其放大图像；由图5可以看出，从图中可以发现，经过高温烧结，没有蛋白质分子链的支撑后的BNNSs/SiCNWs骨架依然保持为3D结构，且保持了烧结前的孔径尺寸(孔径约为100μm)，骨架没有断裂或发生收缩的情况。从放大图可以发现BNNSs/SiCNWs骨架中，SiCNWs将连接不紧密的分离BNNSs骨架进行桥接，构建的导热通路保持了3D骨架的完整性。此外在SiCNWs纳米线的节点发现了部分的“焊接点”，这是因为高温造成了部分SiC发生液化，“焊接点”的存在进一步保持BNNSs/SiCNWs 3D骨架结构。

图6为环氧基复合材料的SEM图：(a)为对比例1的复合材料的形貌，(b)为对比例1的复合材料的放大图像，(c)为实施例1的复合材料的形貌，(d-f)为实施例1的复合材料的放大图像；由图6可以看出，对比例1展示为标准的脆性断裂(a,b)，此外可以清晰地观察到BNNSs/SiCNWs网络状的3D导热骨架的存在(c-f)，其骨架的孔径保持在100μm左右，这与烧结后的BNNSs/SiCNWs 3D网状结构骨架的孔径距离一致，这证实了SiCNWs在导热网络构架制备过程中的支撑效果以及一维填料与二维填料相互之间的协同作用。

图7为(a)环氧基复合材料的FL-IR照片，其中，(i)对比例1的复合材料、(ii)对比例3的复合材料和(iii)实施例1的复合材料；(b)各体系样品表面温度变化与时间关系。由图7可以看出，实施例1的2.7wt％BNNSs/SiCNWs/EP复合材料在热板上约40s样品的温度就显示为80℃，而对比例1的EP材料与对比例3的2.7wt％BNNSs/EP复合材料则需要大于60s的时间，这说明BNNSs/SiCNWs/EP复合材料在热管理领域具有巨大潜力并且进一步说明2.7wt％BNNSs/SiCNWs/EP复合材料具有较高的导热率，通过本发明工艺成功在复合材料中构建了3D导热网络。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：h-BN在表面活性剂的作用下进行液相剥离，形成BNNSs的水相分散液，并烘干研磨待用；

步骤二：称取步骤一中一定配比的BNNSs混合在预先配置的PVA水溶液中，在磁力搅拌台上混合1～2h直至混合均匀；

步骤三：添加SiCNWs混合入步骤二中的BNNSs分散液继续通过磁力搅拌混合1～2h；

步骤四：称量蛋清冻干粉加入混合液在磁力搅拌台上混合4～6h；

步骤五：随后使用高速打蛋机对体系进行发泡至糖霜状，将其转移至特定形状的模具中，在60～80℃烘箱中蒸干和固定骨架；

步骤六：然后使用管式炉对步骤五中的BNNSs/SiCNWs/protein/PVA复合物骨架进行烧结；

步骤七：向步骤六中烧结得到的骨架填充一定量事先混合均匀的环氧树脂与固化液的混合溶液；

步骤八：最后将装有BNNSs/SiCNWs/DGEBA的模具放置在150℃烘箱内预固化4～6h，在180～220℃烘箱内后固化1～2h。

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中BNNSs在表面活性剂的作用下进行液相剥离的具体步骤如下：

步骤S1：先称取一定量的h-BN并用水分散；

步骤S2：向水分散液中添加胆酸钠，添加量为溶液的0.05wt％，作为表面活性剂，接着在超声作用下超声10h；

步骤S3：得到的均匀溶液进一步使用点对点式细胞破碎仪在500W的功率下破碎1～2小时；

步骤S4：在2000rpm转速下进行离心10min并取上清液，去除未剥离的h-BN；

步骤S5：将BNNSs的水分散液烘干研磨代用。

3.根据权利要求1所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中添加的BNNSs与SiCNWs的质量比为10：1～10：2。

4.根据权利要求1所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤六中的烧结条件如下：

(1)5℃/min从25℃升温至200℃；

(2)1℃/min从200℃升温至600℃；

(3)2℃/min从600℃升温至700℃；

(4)在700℃恒温一个小时。

5.根据权利要求1所述的一种基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤七中固化液为甲基四氢苯酐和N,N-二甲基苄胺的混合物，所述甲基四氢苯酐和N,N-二甲基苄胺的质量比为40：0.1，环氧树脂与固化液的混合质量比为100：80。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的基于纳米氮化硼/碳化硅纳米线导热网络的复合材料，其特征在于，包括一维SiCNWs与二维BNNSs复配填料体系形成的导热网络。

Images