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氮化硼納米管/聚合物納米複合材料導熱性能研究進展

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氮化硼納米管/聚合物納米複合材料導熱性能研究進展

  • 分類:行業資訊
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  • 發布時間:2023-06-19 13:24
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氮化硼納米管/聚合物納米複合材料導熱性能研究進展

【概(gai)要描(miao)述】本(ben)文論述(shu)了氮(dan)化硼納(na)米(mi)管(guan)/聚合(he)物(wu)納米複合材料(liao)導(dao)熱(re)性(xing)能的研(yan)究現(xian)狀(zhuang),包括氮化硼納米管的結構與形(xing)態、製備(bei)方法、基體(ti)中(zhong)的取向方(fang)式、導熱性能等相關進展(zhan),可(ke)望(wang)為填(tian)料型(xing)導熱聚合物納米複合材(cai)料的研究(jiu)提供思路借鑒與技(ji)術參(can)考(kao)。

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詳情
摘要:隨著電子信息技術和納米技術快速的發展,高導熱聚合物複合材料引起來國內外學者的廣泛關注。氮化硼納米管(Boron nitride nanotubes ,BNNTs  )具有穩定的化學性質、優異的電絕緣性、熱穩定性、高熱導率、良好的機械強度等特點,與聚合物複合製備高導熱聚合物複合材料,廣泛應用於電子器件、航天航空、化學工程、微電子包裝、生物醫用材料和太陽能利用等領域。綜述了BNNTs 的性質、製備方法及其聚合物複合材料的導熱性能研究進展。

關鍵(jian)詞(ci):氮化(hua)硼納米管 導熱率(lv) 納米複合材料 取向 製備方法(fa)

 

引言

 

隨(sui)著電(dian)子信息科學技術的(de)快(kuai)速(su)發(fa)展和(he)進步,小型化、集成(cheng)化電子設備和元器件的輸出(chu)功(gong)率越來(lai)越大(da),由此產(chan)生的熱量(liang)也越來越大,從而影響(xiang)設備的工作(zuo)效(xiao)率和使(shi)用(yong)壽命(ming),有(you)時甚至(zhi)會(hui)危及生命安全。因此,需(xu)要(yao)高(gao)導熱材料將(jiang)器(qi)件(jian)內部所產生的熱量傳遞到儀(yi)器殼(ke)體,最終(zhong)傳遞(di)到(dao)外(wai)部(bu)空(kong)間(jian),保證器件中各(ge)個(ge)關鍵部件在(zai)正常的溫度(du)下工(gong)作,尤其在航(hang)空航天(tian)領域中的載人航天器,可以保(bao)證(zheng)航天員(yuan)在舒(shu)適的環境中進行太(tai)空探索(suo),同時(shi)也(ye)可以(yi)高效、經濟地(di)利(li)用熱量 ,具有重(zhong)要的科學研究意(yi)義(yi)及實(shi)際(ji)應(ying)用價值(zhi)。

聚合物具有電絕(jue)緣性好、柔性佳(jia)、密(mi)度低、耐(nai)腐蝕(shi)、價(jia)格低(di)廉且可加工性能好等(deng)優(you)點(dian),廣泛用於(yu)現代(dai)高新技術(shu)領(ling)域,然而(er),由於聚(ju)合物自身(shen)的導熱性能(neng)不(bu)佳,其導熱率在0.1 W /( m · K )左右,無法滿足工業用高導熱材料的要求。因此(ci),常在聚合物基(ji)體中引入(ru)大量高導熱的粒子(zi)填料,賦予其導熱性能,製備電絕緣(yuan)高導熱聚合物複合材料,包括(kuo)碳基填料 、金(jin)屬(shu)填料及陶(tao)瓷(ci)填料,形成複(fu)合材料。其(qi)中金屬填料和碳基填料具有導電性,有一(yi)定的局限(xian)性;而陶瓷填料因(yin)自(zi)身具備優越的電絕緣性與導熱性而備受(shou)青睞(lai)。氮化硼( BN )作為(wei)一種(zhong)重要的陶瓷材料,具有優異的電絕緣性和導熱性能,其中氮化硼(peng)納米管具有極高導熱率(600W /( m · K )),廣泛用於製(zhi)備電絕緣導熱聚合物複合材料。

本文論(lun)述了氮化硼納米管/聚合物納米複合材料導熱性能的研究現狀,包括氮化硼納米管的結構(gou)與形態(tai)、製備方法、基體中的取向方式、導熱性能等相(xiang)關(guan)進展,可望為填料型導熱聚合物納米複合材料的研究提(ti)供思路(lu)借鑒(jian)與技術參考。

 

BNNT

 

1.1 BNNT 的結構與形態
 

氮化硼納米管( BNNT )是直徑處(chu)於納米級(ji)別(bie)的中空纖維狀結構,可分(fen)為單(dan)壁(bi)納米管(SWBNNT )與多(duo)壁納米管( MWBNNT )兩種結構。其中 SWBNNT 是由單層 h-BN 沿(yan)一個方向卷曲而形成管狀,根(gen)據B-N鍵的幾何排(pai)列(lie)方式(shi),可把 BNNT分為 zigzag( 0° )、 arm-chair( 30°)及(ji)helical( 0°~30° )等 3 種構象,如(ru)圖(tu) 1 所示(shi);MWBNNT是(shi)由多層 h-BN 卷(juan)曲而成,如(ru)圖(tu)2所示(shi) 。由(you)於中B-N 共(gong)價鍵具(ju)有部分離子性(長度是0.144nm ),導致了相鄰 BN 層之(zhi)間相互作用力較大,使B和 N 原(yuan)子沿著(zhu)某(mou)一方向(xiang)不斷疊加,優先形成雙層(ceng)或多層管狀結構,從(cong)而提高了整體的穩(wen)定性,這(zhe)種特殊(shu)的B- N堆(dui)積特(te)點,使得BN 很難形成單壁結(jie)構,多以多壁結構為主。

 

1.2 BNNT的製備
 

作為一個經典的一維納米管材料,  BNNT 製備過程主要基於傳(chuan)統(tong)的氣液(ye)固(gu)生長(zhang)機理(li),即(ji)在高溫(wen)條(tiao)件下,催(cui)化劑(ji)開始(shi)液化或呈(cheng)部分熔融(rong)狀態,與(yu)反(fan)應腔(qiang)中的原料前(qian)驅(qu)體蒸汽形成低共熔(rong)體。在反應過程中,BN 不斷(duan)堆積(ji) 直(zhi) 到 飽(bao) 和 狀 態,最(zui) 終 形 成  BNNT 而 析 出。在 BNNT的製備過程(cheng)中,硼前驅體的類(lei)型、催(cui)化劑、溫度、加(jia)熱方式和時間等條件是決(jue)定  BNNT 尺寸的關鍵控(kong)製因素。目前,對(dui) BNNP的製備過程,主要包括電弧(hu)放電,取代反應,化學(xue)氣(qi)相沉積(CVD ),球磨,激光燒蝕等。

圖1 單壁BNNT的構造(zao)及構象

圖2 多壁BNNT的結構模(mo)型

 
1.2.1 電弧放電法
 

電弧放(fang)電法是 Chopra等於1995年(nian)首先提出用於製備 BNNTs 。此方法主(zhu)要過程是將 BN 填充(chong)到空心(xin)的鎢棒(bang)中,構成複合陽(yang)極,經過淬(cui)火(huo)後(hou)的銅板(ban)作為陰(yin)極,在陰陽兩極(ji)之間進行放電, BN 蒸(zheng)汽沉積在銅(tong)板上形成BNNT 。通(tong)過次(ci)方法, Chopra等獲得了(le)內孔(kong)直徑約為1~3nm 、長度約為200nm 的BNNTs 。後來,Narita等采用導電的 YB 做硼源(yuan),在氮氣和氬(ya)氣混合氣體的條件下利用電弧放電製備出長達(da) 4~6 μ m 、管徑尺(chi)寸為4~10nm 的 MWBNNT 。但是,此製備方法對硼源和設備都有一定(ding)的要求(qiu),往(wang)往需要導電的硼化物或(huo)是製作硼的導電電極,因此 BNNTs的產率較低。

 
 
1.2.2 取代反應法
 
取代反應法是基於 BNNT 與碳納米管( CNT)相似的結構,在溫度為1 500℃的氮氣氣氛下,通過取代反應使硼原子取代 CNT 中的碳原子獲得 BNNT 。其反應過程如下式:

如 Han 等通過(guo)此方法獲(huo)得(de)了尺寸與被取(qu)代CNT 尺寸(cun)相近的 BNNT 。隨後,他們利用 NH 3 替(ti)換N 2 研 究 B  在 1260 ℃ 溫 度下與碳氮納米管( CN x NTs )或碳納米管( CNTs )反應過程,大大的提高BNNT的反應產率。此外, Borowiak-Palen等則(ze)通過此方法成功的製備了 MWBNNTs 。盡管,取代反應法可以大大的提高 BNNT 的產率,但(dan)由於 CNT 中的碳(tan)原子不能完(wan)全(quan)被(bei)氮原子取代,因此所獲得的 BNNT純(chun)度不高。

 
1.2.3 化學氣相沉積法
 

化學氣相沉積法( CVD )是目前使用最廣泛的納米管製備技術,由於其產率高且(qie)操(cao)作簡(jian)便,是製備 CNT和BNNT主要方法之一。至今(jin)已(yi)有大量的文獻(xian)報(bao)道(dao)了通 過 CVD 法來製備 BNNT 。如 Lourie等用( NH 4 SO 4和 NaBH 4 進(jin)行 反應,得到基硼嗪(qin)(B 3  ),再(zai)通過反應合成 BNNTs 。此研究還證明了 NiB 和 Ni B 是獲得最高 BNNT 產率、最有效的前體。 Ma 等表(biao)明 BNNTs 可以在沒有任何金屬催化劑的情況(kuang)下使 用三(san)聚氰(qing)胺二(er)硼酸(suan)鹽 ( C 3 )合成。

近來,對 CVD 法進行改(gai)進,使用硼和金屬氧(yang)化物進行 BNNTs 合成,即所謂的 BOCVD 法。此方法可以實現大規模、高效率地生產 BNNTs。如Mari-anithya等使用B / V 2  和 B / V 的混合物作為前驅體來批量製備 BNNT ,通過此方法可以控製 BNNTs 的尺寸,實現不同(tong) BN 納米尺度的製備。此外, Matveev等對氧化硼化學氣相沉積法進行改進,將硼、氧化亞鐵和氧化鎂的混合 物加熱至1150℃ ,生成的氣態氧化硼在氨(an)氣氣流影響下,向放置有塊體材料氮化硼棒狀物的反應腔內(nei)流動(dong),氮化硼棒狀物表麵(mian)沉(chen)積有硝酸鋰,在1280-1320 ℃下製備出高純度的多壁 BNNTs ,管徑(jing)尺寸為30-50nm ,如圖3所示。

圖3生(sheng) 產 BNNT 的 過 程 及 裝 置(zhi)。BNNT 形 貌 的SEM 圖(右上(shang))

 
1.2.4 球磨法
 

球磨法主要通過增(zeng)加反應物的表麵積,使催化劑、硼和氮前驅物盡可能接(jie)觸(chu),在球(qiu)磨過程中,使反應原料結構微納米化,增加反應物的活性,球磨後再對粉體材料進行(xing)高溫退火,使原料的反應活性增加,使其在相對較(jiao)低的溫度下發生氮化反應生成 BNNTs 。如 2003年, Bea等將硼粉(fen)和六(liu)方氮化硼進行混(hun)合球磨(mo)20h ,獲得顆粒(li)粒徑近100-200nm 的無(wu)定形粉體材料,球磨後的材料承(cheng)載於沉積有催化劑鐵(tie)的氧化鋁(lv)基片上,在氨氣氣氛及 1000-1200 ℃ 的高溫下進行退(tui)火處理,獲得呈竹節(jie)狀結構和圓柱形結構的BNNTs 。2013年, Li等報道了非晶(jing)硼在 NH 氣氛(fen)( 300kpa )下球磨150h ,將研磨的硼和Fe( NO  在乙醇中超聲處理30 分鍾,然(ran)後在 85%N 和 15%H  混合氣體下進行退火處理,最後合成了竹(zhu)節狀、直徑約為40~80nm 的BNNTs 。

 
1.2.5 激光燒蝕法
 

激(ji)光燒(shao)蝕是利用具有高能量的激光(guang)束(shu)轟擊(ji)靶(ba)材,使製備 BNNTs 的原料在短(duan)時間裏(li)迅速加熱熔化,通過蒸發後經冷卻(que)結晶得到 BNNTs 。如 Golberg 等首(shou)次成功利用激光燒蝕法製備出外壁直徑 在 3~15nm 的 MWBNNTs 。 Smith 等不用任(ren)何(he)催化劑,利用激光加熱靶材激發出氣態硼,與含(han)氮氣在冷(leng)凝器中反應成核,得到結晶度高、管徑小的BNNTs ,並且產率也相當(dang)高。

 
1.2.6 BNNT 陣列的製備
 

納米管陣(zhen)列是指納米管沿著管軸方向彼此相互(hu)平(ping)行,高度密集(ji)地生長並(bing)聚集在一起呈現出生長取向基本一致(zhi)的納米管陣列形態。 Bechelany等將聚合物熱解和模板法結合在一起(qi),製備出高密度、取向高度一致的 BNNTs陣列。該方法包(bao)括四個步(bu)驟,即液相聚合硼嗪的合成,氧化鋁膜的液相滲(shen)透,聚合物在氮氣氣氛、1200℃條件下熱分解(jie),以及模板蝕刻。 Lee等首次通過催化 CVD 合成了模型化的 BNNTs (如圖4 ),為了製造純度高和垂直取向的 BNNTs ,在Si襯底(di)上塗覆30nm 厚的氧化鋁薄(bao)膜,然後再濺(jian)射(she)一層氧化鎂(mei)、鎳或鐵的薄膜(mo),再將該基底放入一端(duan)封(feng)閉(bi)的石英管中,在氨氣氣氛和1100-1200 ℃條件下製備高產率的BNNTs 。

圖 4Si 襯(chen)底上的多壁 BNNT 圖案化生長(添(tian)加了人造色(se)素(su))

 

2016年, Belkerk首次報道了用催化化學氣相沉積法( CCVD )製備了垂(chui)直取向氮化硼納米管。他(ta)們利用沉積在熔融石英上的鉑(bo)( Pt )薄膜作為襯底和懸浮(fu)於異丙醇中的 MgO 粉末(mo)作為催化劑,將約懸(xuan)浮液滴(di)加到基底上以覆蓋Pt薄膜,然後將催化基質置於載有前體粉末( B:MgO:FeO 摩(mo)爾(er)比(bi)為4:1:1 )的氧化鋁燃燒舟上,再把(ba)該裝置裝(zhuang)入封閉的石(shi)英管內,並將整(zheng)個裝置置於水(shui)平管爐中,催化塗(tu)層朝(chao)上,然後在氨氣氣氛和1200℃條件下,並保持一定生長時間,最後獲得了具有低缺陷,高結構有序性的高質量 BNNTs 。 Tay提出了一個簡單而有效的兩步合成路線,即模板法輔助(zhu)化學氣相沉積,在900℃下退火,最終獲得了垂直取向的BNNTs陣列,管長超過了毫米級別。

目(mu)前, BNNTs 陣列的製備多以氧化鋁為基輔助其他製備方法,需要多步沉積濺射,生長結束後往往需要腐蝕掉(diao)多孔基板,再對 BNNTs 進行表征分析。實驗(yan)方法複雜(za),操作步驟(zhou)繁(fan)瑣,最後得到的產品(pin)的產量也不如人(ren)意。因此,未(wei)來的發展方向是探(tan)索出一套既(ji)簡單又(you)高效的BNNTs陣列的製備方法,從而推動 BNNTs在聚合物基體中的優異(yi)性能的充分發揮(hui)。

 

1.3 BNNT 的導熱機理
 

與 CNT 相似, BNNT 具有相當高的導熱率,其導熱率可以達到 350W /( m · K )。實際上,由於對納米尺度導熱性能的測(ce)試比較困(kun)難(nan),無法確(que)定單個納米管實際導熱率,然而可以通過理論模擬和間接實驗計(ji)算(suan)等方法可以獲得單根BNNT的導熱率值,據(ju)報道其理論導熱率可達6000W /( m · K )或者更高 。

由於BNNT不導電,其熱能運(yun)輸(shu)主要以聲子振(zhen)動模式傳導熱量 。在納米管中,聲(sheng)子活躍數、界麵散(san)射、自由程和倒(dao)逆(ni)散射過程等都會對其輸運產生重要的影響。同時, BNNT 原子結構、管的長徑比、結構缺(que)陷(xian)的數(shu)量和形態以及純度等卻決定了聲子的傳播速度和自由程。實際上,在 BNNT 生長過程中,不可避免地會出現各種結構缺陷,這必(bi)然會降低聲子的輸運速度,減(jian)少其輸運自由程,從而對 BNNT 的導熱性能產生巨(ju)大的影響。一般來說(shuo),完美的納米管由六邊形構成的圓(yuan)柱形,其在尖(jian)端處具有最小(xiao)缺陷,可以形成封閉的無縫(feng)結構。但是,在納米管生長過程中往往會形成拓撲缺陷,如非(fei)六角(jiao)形或與空位。例(li)如,BNNT尖端處形成的四元環( B 正方形)代替了原來的五元環(huan),會導致拐角變為直角,不利於聲子傳輸。此外,BNNT 具有較大的縱橫比和表麵積以及較長的聲子平均(jun)自由程,這些(xie)因素都(dou)影(ying)響聲子的輸運過程。另(ling)外,管壁的數量也會影響聲子的輸運過程,對於SWBNNT 而言(yan),其導熱性能明顯高於 MWBNNT,主要是因為熱傳輸主要通過最外層壁進行和由於內管壁的倒逆散射過程的發生,壁與壁之間的間隙導致了熱阻的形成,從而不利於聲子的連續輸運。理論計算研究表明(ming),SWBNNT具有更(geng)多的聲子振動,具有相對較低的缺陷密度,更有利於聲子的連續(xu)輸運,從而具有更高的熱導率。

 

BNNT /聚合物複合材料
 

BNNTs 自 20 世紀90 年代末問(wen)世以來,引(yin)起了廣泛的關注(zhu)。然而,由於 BNNTs 製備工藝(yi)不成熟,導致低產率、低純度、結晶度不佳、無法有效控製納米管的形貌(mao)以及結構等問題限製了其快速發展。目前,BNNTs主要用作聚合物的導熱填料來製備導熱聚合物納米複合材料。如2006年, Zhi等采用 BOCVD法合成 的 BNNTs 用溶液法製備/ BNNT /聚苯(ben)乙(yi)烯(xi)(PS )複合材料。隨後, Golberg 等報道了10% (質(zhi)量分數)的 BNNT /聚甲基丙烯酸甲(jia)酯( PMMA )複合材料的導熱率是純 PMMA 的 3 倍。2010 年, Ter-ao通過靜(jing)電紡絲(si)技術製備 了BNNT /聚 乙(yi) 烯 醇(PVA)複合纖維( <5% (體積分數) BNNTs ),通過外應力誘(you)導 BNNTs 在纖(xian)維軸方向取向,然後將幾個聚合物納米複合纖維層,以不同方式堆疊(平行或交替地旋(xuan)轉(zhuan) 90° ),並經過熱壓(ya)後得到一個多層膜,如圖 5 所示,然後對該(gai)熱壓膜的導熱性能進行研究,發現其導熱率有了較明顯的提高。

                                                       

Zhang等將BNNTs / PVA 水溶液塗布在培養(yang)皿上,待(dai)水分蒸發後,獲得了 BNNT 在 PVA 薄膜中隨機分散的納米複合材料。然後研究了 BNNTs在基體中的排列方式對複合材料的導熱性能的影響,如表1所(suo)示 。發現BNNT形成90°交(jiao)聯網(wang)絡(luo)後,無論 X方向還(hai)是 Y 方向的導熱性都有一定提升(sheng); BNNT 在單一方向上取向的複合膜,Y 方向的導熱性是隨機分散情(qing)況的兩倍(bei)多;再將交替堆疊的複合膜與具有沿一個方向排列的 BNNT 的複合膜進行比較,發現前者(zhe) X 方向上的導熱率越高,可能是由於導熱路徑更多,後者在Y方向上的導熱率約是前者的 2 倍。由此表麵,BNNTs 相互接觸和單一取向都能改善(shan)複合材料的導熱性能。

表1不同BNNTs排列方式的 

Bechelany等使用納米級模板通道從液態聚合硼雜環嗪合成高度有序(xu)的 BNNT 陣列,如圖6所示,雖然雖然他們最終沒(mei)有製備聚合物納米複合材料,但是該製備方法簡單且低成本,且可原位合成製備聚合物納米複合材料。例如,將聚合物和無機材料結合使用,使無機材料熱解,形成具有取向的 BNNTs /聚合物複合材料。另外,通過改變所用模板膜的厚(hou)度和納米通道直徑,可以任意控製聚合物中納米管的長度和直徑。

圖 6 BNNTs 陳列形貌的 SEM 圖

Zeng等利用溶液混合法製備了BNNTs/纖維素納米纖維(wei)複合材料,他們(men)發現25%含量的BNNTs就(jiu)可使該複合材料的導熱率達到了21.39W /( m · K ),他們認為這是因為在纖維素納米纖維與 BNNTs 之間形成了強(qiang)烈(lie)的界(jie)麵相互作用,降低了界麵熱阻(zu)效應,促使熱流(liu)在複合材料內部連(lian)續輸運引起的。

Wang等以 LiN 為促(cu)進劑合成了 BNNTs,並與熱塑(su)性聚氨酯(zhi)( TPU )複合製備納米複合材料,發現1% (質量分數) BNNT 的含量就可以使該複合薄膜的麵內導熱率達到了14.5 W /( m · K ),比純 TPU 的導熱率增加了400% 。

Fu 等製備了BNNTs /纖維素納米纖維複合材料,以銀(yin)納米粒子 BNNTs ,從而降(jiang)低了 BNNTs 之間的界麵熱阻,通過該方法製備的納米複合材料,其導熱率達到了20.9W /( m · K )。

Pietri 等研究了BNNT / PCL 納米複合材料的導熱性能,發現 30%BNNTs 的含量可以使 PCL 的導熱率提高了4倍,但是高含量 BNNTs的添加卻改變了其流變(bian)性能。

至今,盡管有不少文獻報道了 BNNTs /聚合物納米複合材料的導熱性能,但是基於 BNNTs 製備工藝問題(ti)及其在聚合物中易團(tuan)聚、分散不均勻(yun),並且與基體形成界麵熱阻和接觸熱阻等問題,使得該納米複合材料的發展收(shou)到極大的應用限製。 為了充分開發BNNTs /聚合物複合材料的導熱性能,需要控製BNNTs和聚合物之間的界麵結構問題,進而闡(chan)明其導熱機理是未來所要麵對的一個主要研究方向之一。

 

BNNT /聚合物複合材料導熱機理
 

在聚合物複合材料中,熱導率不僅(jin)與聚合物基的導熱係(xi)數有關,而且還與BNNT的導熱係數、管徑、相對含量、分散度及取向方式等諸(zhu)多因素有關。一般而言, BNNT 本身導熱性能遠優於聚合物材料,無論以何種形式加工或多少(shao)相對含量添加 聚合物複合材料的導熱性能都會較純聚合物基體的高。當 BNNT 用量較少時,大部分填料被聚合物基體包裹(guo),彼此之間不能形成真正(zheng)的相互接觸和作用,對聚合物複合材料導熱性貢(gong)獻不大。此時體係相當於“串(chuan)聯電路”,導熱係數由較低的聚合物基體決定,導致聚合物複合材料的導熱係數也較低。當 BNNT 之間達到真(zhen)正意義上的接觸和相互作用時,體係中才能形成類似(shi)鏈狀或網狀的結構,即類似“並聯(lian)電路”,大部分熱流通過導熱係數較高的 BNNT ,所以聚合物複合材料熱導率會顯(xian)著提高。值得注意的是,若 BNNT 在聚合物基體中取向,即像在基體內形成了多條導熱鏈,管與管之間通過首尾相接(如圖7 ),聲子熱傳輸具有弱(ruo)散射作用,使BNNT /聚合物複合材料的導熱性能得到很大程度的改善。

圖 7 各種形態的 BNNT 的熱流通道示意圖。粗(cu)灰線表示熱流

 

結語

 

BNNT 所具有的優異導熱性和絕緣性使其成為高導熱聚合物基複合材料最佳的導熱填料之一。但由於BNNT 自身的製備方法和填充聚合物基體的加工方式的限製,導致BNNT /聚合物複合材料的導熱性能得不到很好(hao)提高。目前,在 BNNT /聚合物複合材料製備過程中, BNNT 顯示出分布不均勻、易(yi)團聚以及各向異性等不利因素,體現在研究人員已經(jing)可以製備出具有高取向的 BNNT 陣列,但是常規(gui)共混法製備的複合材料,又使BNNT雜亂分布(bu),往往無法充分利用其高導熱性。

相對於 BNNT 在聚合物基中的取向研究, CNT和BNNS比 BNNT 被報道得更多。可以推測, CNT和BNNT在聚合物中取向的方法,或許對 BNNT 是可行的甚(shen)至可以創(chuang)造出更有效的製備方法。因此,製備管長更長的、結構完整的BNNT以及選(xuan)用剛性主鏈(lian)的聚合物,例如聚乙烯,聚丙烯等,以此提高複合材料的導熱率是未來製備高導熱聚合物納米複合材料的主要方向之一。另外,從加工方法上也可以進行改進,如多級拉伸(shen)取向。雖然取向的 BNNT 具有更加優異的性質,但是目前仍(reng)然停留在實驗室(shi)研究階段。此外,具有垂直取向的 BNNT 離規模應用還有很長的一段(duan)路要走。在未來BNNTs /聚合物複合材料的研究重點可能更偏向於高效、簡單、綠(lv)色的製備方法,使 BNNT在聚合物中取向變為可控,取向後相對含量可以減少,把導熱性能發揮極致。然而,要獲得足以滿(man)足大多數市(shi)場(chang)應用要求的導熱複合材料仍然需要重大的技術突(tu)破(po)。

 

 

來源:功能材料

作者:劉(liu)鑫1,閻峻(jun)1 ,黃子芮(rui) 1,蘆艾(ai) 2 ,章(zhang)日超 1

1. 華東交通大學 材料學院(yuan)

2.中國工程物理研究院化工材料研究所

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