论文部分内容阅读
六方氮化硼具有优异的导热性、绝缘性和机械性能，作为填料广泛用于增强聚合物材料的导热性能、机械性能和介电性能;同时其优异的热稳定性和生物相容性使其可以作为纳米颗粒或药物的载体，用于催化、检测和生物医药等领域。但是氮化硼稳定的化学性质使其表面难于改性，从而影响其分散性和复合材料性能的提高;同时传统方法制备的复合材料中氮化硼片无规排列，无法充分利用其面内的高导热性，影响导热性能的提高。本论文针对以上难点，主要研究创新点在于(1)利用简便方法构筑氮化硼取向导热网络，制备高导热复合材料;(2)将绿色改性方法应用于氮化硼表面改性，改善其分散性，提高复合材料的性能。内容包括以下五个部分: 1.氮化硼微片绿色表面改性及其水平取向导热复合膜 使用多巴胺在室温水/乙醇混合溶剂中对氮化硼微片进行了有效地表面改性，显著改善了微片在聚乙烯醇基体中的分散性。在此基础上，利用刮涂制备了氮化硼/聚乙烯醇复合膜，发现改性氮化硼微片在基体中具有良好的水平取向结构，这种取向结构提高了复合膜水平方向的导热性能。 2.垂直取向氮化硼/硅橡胶导热复合材料 利用冰模板法制备了氮化硼多孔骨架，其中绝大多数氮化硼微片沿垂直方向取向。将多孔骨架与硅橡胶复合后得到氮化硼微片在基体中垂直取向的导热复合材料。研究表明氮化硼骨架的微观结构可以通过冷冻温度进行调节，由较高冷冻温度下得到的骨架所制备的复合材料界面热阻小，因而具有更高的导热系数。这种方法制备的复合材料导热系数是浇铸法制备的3倍左右。此外，取向的骨架结构可以有效降低复合材料的热膨胀系数，同时保持较好的可变形性，使其在热界面材料领域具有潜在的应用前景。 3.高导热形状稳定氮化硼/石蜡相变材料 利用上述氮化硼多孔骨架与石蜡复合制备了相变复合材料，这种复合材料具有优异的热循环稳定性。研究发现多孔骨架不仅可以有效提高相变材料的导热系数，加快能量存储和释放效率，同时还可以维持相变材料的形状稳定，防止在熔融状态下发生石蜡泄漏。 4.氮化硼/氧化石墨烯层状导热复合膜 将单宁酸与氮化硼微片通过湿法球磨剥离得到了单宁酸改性的氮化硼纳米片，与氧化石墨烯分散液混合后经减压抽滤制备了氧化石墨烯/氮化硼复合膜。这种复合膜具有明显的层状结构，其巾纳米片沿水平方向取向。由于氧化石墨烯自身较高的导热系数及取向结构使得复合膜具有优异的面内导热系数。当体系中添加少量聚乙烯醇后，复合膜导热性能可以进一步提高。此外，该复合膜同时具有较好的绝缘性。 5.氮化硼/银纳米杂化材料及其催化应用 二维纳米片通常具有较高的化学稳定性和较大的比表面积，同时可以有效防止零维纳米颗粒的团聚，因此纳米片负载的贵金属纳米颗粒杂化材料的性能往往优于单独使用的纳米颗粒。利用单宁酸和三价铁离子在氮化硼纳米片表面形成交联涂层，随后利用单宁酸的强还原性，室温原位还原得到了均一的银纳米颗粒。这种氮化硼/银纳米杂化材料在硼氢化钠还原4-硝基苯酚的反应中表现出优异的催化活性。利用这种方法还可制备氮化硼/金和氮化硼/钯纳米杂化材料，在催化、生物医药和检测领域具有潜在应用。