陕科大陆赵情教授课题组ACS Appl. Nano Mater.：高粘度羟乙基纤维素辅助球磨剥离制备氮化硼纳米片用于热界面材料

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如今，电子器件的快速小型化和功率密度大幅度提升，其散热问题愈发突出，设计和制造高效的热扩散材料成为重要的研究热点。由于超高的导热系数和电绝缘性能，氮化硼纳米片（BNNS）已成为重要的热传导材料。通过物理或化学方法制备的BNNS缺陷多且功能化程度低，在常见溶剂中分散性较差，严重影响了BNNS用于聚合物导热添加剂的应用性能。
陕西科技大学陆赵情教授课题组在《ACS Applied Nano Materials》期刊上发表了题为“Ball-Milling Exfoliation of Hexagonal Boron Nitride in Viscous Hydroxyethyl Cellulose for Producing Nanosheet Films as Thermal Interface Materials”的文章（DOI：10.1021/acsanm.1c02696）。为解决BNNS在聚合物中的分散问题，该课题组使用高粘度羟乙基纤维素（HEC）辅助球磨剥离BNNS，一锅法制备高导热的HEC/BNNS复合材料。高速球磨产生的巨大剪切力能破坏氮化硼层之间的范德华力，同时会损伤氮化硼的结构。高粘度的HEC溶液能有效抑制剥离后BNNS的团聚，并形成保护层，降低球磨对BNNS的损伤。通过 TEM、AFM和热重可以看到本实验成功制备了表面接枝HEC的BNNS。同时，BNNS的引入能明显提高HEC薄膜的机械性能和导热性能，当BNNS含量为20%时，HEC/BNNS复合薄膜的拉伸强度和导热性能为34.0 MPa和0.234 W·m^-1·K^-1，比纯HEC薄膜分别提高172%和444%。同时BNNS的加入能明显改善HEC薄膜的耐温性能，当外界温度达到100℃时，HEC/BNNS30薄膜仍能保持完整的结构。通过SEM可以看出，BNNS均匀分布在HEC基体材料中，这有助于提高复合材料的机械性能和导热性能。综上所述，HEC/BNNS复合材料可被应用于热界面领域。 
图1 （a）制备BNNS和HEC/BNNS复合材料的流程示意图，2% HEC/BNNS分散液的（b）照片和（c）粘度曲线，（d-e）BNNS的TEM和HRTEM图，（f）HEC修饰BNNS的模型图，BNNS和块体氮化硼的（g）XRD、（h）FTIR、（i）Raman和（j）TGA 曲线。 
图2 （a）HEC/BNNS薄膜的照片, HEC/BNNS20薄膜的（b）拉伸性能和（c）折叠性，不同含量HEC/BNNS薄膜的（d）Raman、（e） FTIR、（f-g）XRD、（h）TGA、（i）DTG、（j）应力应变曲线、（k）拉伸强度、（l）断裂伸长率和（m）韧性图。 
图3 HEC/BNNS复合薄膜分别在（a）25℃，（b）105℃下的状态，和（c）经过6 kPa压力105℃处理后的照片，（d）加热装置，HEC、HEC/BNNS20和 HEC/BNNS30复合薄膜（e）热扩散温度变化和（h）热红外图，HEC/BNNS复合薄膜的（f、g）导热系数。 
图4 BNNS在HEC基体中的分布和不同尺寸小样品的截面形貌图：（a）HEC、（b）HEC/BNNS10、（c）HEC/BNNS20和（d）HEC/BNNS30。

作者简介

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陆赵情，二级教授，博士生导师，陕西科技大学研究生院院长，陕西省高性能纤维和纸基功能材料重点科技创新团队负责人，教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室常务副主任。主持十三五国家重点研发计划课题、国家863重大项目、陕西省重大专项等纵横项项目20余项。获国家科技进步二等奖1项、省部级科学技术一等奖4项，发表学术论文100余篇，授权发明专利40件。入选国家百千万人才工程，荣获陕西省特支计划创新领军人才、陕西省中青年创新领军人才、中国造纸蔡伦青年科技奖、建国70周年纪念章等荣誉。代表性成果芳纶纸打破美国杜邦40年全球垄断，作为绝缘和结构减重材料应用于我国航天航空和高速列车领域。

论文信息：

Jizhen Huang, Songfeng E, Jiaoyang Li, Fengfeng Jia, Qin Ma, Li Hua and Zhaoqing Lu. Ball-milling exfoliation of hexagonal boron nitride in viscous hydroxyethyl cellulose for producing nanosheet films as thermal interface materials. ACS Appl. Nano Mater. 2021,

原文链接

https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02696

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