[發明專利]一種h-BN和PAAm雙網絡水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201810262835.2
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108485158B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 臧劍鋒;陳彩鳳;唐妮;段小燕;葉鐳;喻研
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C08L33/26
• 分類號: C08L33/26;C08K3/38;C08J3/075
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種h?BN和PAAm雙網絡水凝膠及其制備方法，屬于水凝膠技術領域，其中制備方法包括：將h?BN和聚乙烯醇溶解于水中，通過低溫冷凍后，在冷凍干燥機中凍干，形成h?BN氣凝膠；將h?BN氣凝膠浸泡在丙烯酰胺溶液中，真空抽濾后形成含有丙烯酰胺溶液的h?BN凝膠，然后浸泡在催化劑中形成h?BN和PAAm雙網絡水凝膠。本發明通過先制備h?BN氣凝膠，再與PAAm水凝膠復合，這樣得到的h?BN和PAAm雙網絡水凝膠中h?BN本身形成了網絡，所以可以在很大程度上增加水凝膠的熱導率以及機械性能。

技術領域

本發明屬于水凝膠技術領域，更具體地，涉及一種h-BN和PAAm雙網絡水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠是一種具有三維網絡結構的交聯聚合物，能夠在水中溶脹達到平衡，含有大量的水份并且不會在水中溶解。與人體組織的結構相似。而人工合成的水凝膠在應用中具有的缺點是強度比較低，不能滿足實際需要。自2003年龔建平組制備出雙網絡水凝膠以來，這種高強度的雙網絡水凝膠越來越受關注，許多高強度水凝膠的科研成果層出不窮。

近年來，水凝膠的應用越來越廣泛，科研人員嘗試把水凝膠作為電子元器件的襯底或封裝來使用，以制備可拉伸柔性電子器件。因為電子器件在工作時會由于焦耳效應大量發熱影響器件的工作性能。為了使電子器件正常持續使用，水凝膠熱導率的提高必不可少。最近科研人員把重點集中在通過摻雜高熱導納米材料制備高熱導的水凝膠。目前公布的水凝膠存在如下缺點：第一，制備方法復雜，以Feng Xiao課題組為例，為了減小h-BN與PNIPAM水凝膠的熱阻值，首先需要將h-BN與水蒸汽在管式爐中通氬氣于850℃發生反應使h-BN邊緣帶上羥基。反應條件苛刻。第二，水凝膠熱導能提高不少，但強度非常低，比如Hongbo Jiang制備的雙網絡水凝膠。

由此可見，開發出高熱導率、高強度的水凝膠是十分必要的。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種h-BN和PAAm雙網絡水凝膠及其制備方法，由此解決現有的水凝膠存在無法同時具有高熱導率和高強度的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種h-BN和PAAm雙網絡水凝膠的制備方法，包括：

(1)將h-BN和聚乙烯醇混合后溶解于水中，通過低溫冷凍后，在冷凍干燥機中凍干，形成h-BN氣凝膠；

(2)將h-BN氣凝膠浸泡在丙烯酰胺溶液中，真空抽濾后形成含有丙烯酰胺溶液的h-BN凝膠，然后浸泡在催化劑中形成h-BN和PAAm雙網絡水凝膠。

本發明中h-BN能夠溶解在PVA溶液中是因為空化作用，使h-BN能夠形成穩定溶液，然后通過真空冷凍形成氣凝膠。由于六方氮化硼(h-BN)具有很高的熱導率(100W/mK to1000W/mK)，很強的機械性能(約750GPa)，作為復合材料直接加入水凝膠也會提高水凝膠的熱導率，但由于h-BN不溶于水，在有機物溶液中也只能低濃度的存在，所以復合水凝膠的h-BN含量有限，并且由于h-BN和水凝膠之間有很高的熱阻值，因而得到的復合水凝膠熱導率提高較少。本發明通過先制備h-BN氣凝膠，再與PAAm水凝膠復合，這樣得到的h-BN和PAAm雙網絡水凝膠中h-BN本身形成了網絡，所以可以在很大程度上增加水凝膠的熱導率以及機械性能。

進一步地，h-BN為h-BN納米片，所述h-BN納米片的厚度為40nm-50nm，所述h-BN納米片的片徑尺寸為2μm-20μm。由于氮化硼納米片是二維尺寸材料，其低維結構使其具有特殊的聲子模式，從而表現出更優異的熱導性能。本領域常規技術手段選取氮化硼粉末進行制備，然而本發明選取的氮化硼納米片的熱導率比常規使用的氮化硼粉末高。

進一步地，低溫冷凍的溫度為-80℃至-120℃，低溫冷凍的時間為20h-24h。本發明在冷凍干燥機中凍干之前通過低溫冷凍，確保h-BN氣凝膠內部結構固定，再凍干是將里面的水分升華出來，直接凍干的話內部結構沒固定，會導致形狀坍塌。