[發(fā)明專利]一種CNTs復合材料及其制備方法和應用

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• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112852065A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 錢家盛;張俊;伍斌;李亞;錢鋼;潘升軍
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C08L25/06
• 分類號: C08L25/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 吳航

本發(fā)明涉及復合材料技術領域，具體而言，涉及一種CNTs復合材料及其制備方法和應用，所述CNTs復合材料主要由聚苯乙烯和改性CNTs復合而成，所述改性CNTs的含量為所述聚苯乙烯的5wt％?20wt％，所述改性CNTs為CNTs經酸化后由聚3?己基噻吩改性而成，所述CNTs與聚3?己基噻吩的質量比為1：(0.1?0.6)。本發(fā)明使用聚3?己基噻吩對酸化后的CNTs進行非共價改性，再與聚苯乙烯進行混合，最后利用涂布干燥法對CNTs取向形成導熱通路，最大程度地保留了CNTs材料結構的完整性，有效改善CNTs與聚苯乙烯之間的界面相容性，降低界面熱阻，增加CNTs對提高復合材料熱導率的效果。

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料技術領域，具體而言，涉及一種CNTs復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

電子器件運行時不可避免地會放出大量熱量，而電子器件溫度過高會影響其工作穩(wěn)定性和可靠性，而且會大幅度降低電子器件的使用年限，嚴重時還會使電子器件遭到損壞。

聚苯乙烯具有良好的電性能，其體積電阻率和表面電阻率分別高達10¹⁶-10¹⁸Ω·cm和10¹⁵-10¹⁸Ω·cm，是優(yōu)異的絕緣材料以適用于制備電子器件的基架結構，但是純聚苯乙烯的導熱率較低，為此人們往往在聚苯乙烯中加入高導熱填料進行復合，由此獲得高熱導率的復合材料。碳納米管(CNTs)具有較高的長徑比，其質量輕、柔韌性好，同時又具備優(yōu)秀的力學、電學和高熱導率[2000W/(m·k)-3000W/(m·k)]，是一種高熱導率填料的合適選擇。

現有復合材料的制備方法是將填料與聚苯乙烯進行簡單共混，然而，CNTs的管與管之間易纏繞團聚，很難在聚苯乙烯中分散開，導致CNTs與聚苯乙烯的界面相容性較差，兩者之間的界面熱阻較大，由此CNTs對復合材料的熱導率的提高效果非常有限。

為此，人們通過對CNTs的共價改性，在CNTs表面引入新的功能化基團與聚苯乙烯之間形成新的化學鍵，其雖然可以有效降低界面熱阻，但也會破壞CNTs本身的導熱性能，由此CNTs依舊無法有效提高復合材料的熱導率。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的問題是如何改善CNTs在聚苯乙烯中的分散性，降低CNTs與聚苯乙烯之間的界面熱阻，獲得高熱導率的CNTs復合材料。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種CNTs復合材料，主要由聚苯乙烯和改性CNTs復合而成，所述改性CNTs的含量為所述聚苯乙烯的5wt％-20wt％，所述改性CNTs為CNTs經酸化后由聚3-己基噻吩改性而成，所述CNTs與聚3-己基噻吩的質量比為1：(0.1-0.6)。

進一步地，所述CNTs依次經濃H₂SO₄和濃HNO₃進行酸化。

進一步地，所述濃H₂SO₄和所述濃HNO₃的體積比為1:1。

進一步地，所述CNTs為多壁碳納米管。

本發(fā)明還提供一種CNTs復合材料的制備方法，適于制備如上所述的CNTs復合材料，包括以下步驟：

取適量CNTs進行酸化，制得CNTs酸化物；

將聚3-己基噻吩放入溶劑中攪拌至完全溶解，制得聚3-己基噻吩溶液；

按設定質量比稱取所述CNTs酸化物放入所述聚3-己基噻吩溶液中，依次經攪拌和離心后收獲沉淀物，烘干所述沉淀物得到改性CNTs；

稱取聚苯乙烯放入容器中，滴加溶劑后于水浴環(huán)境中攪拌至完全溶解，制得聚苯乙烯溶液；

將所述改性CNTs放入所述聚苯乙烯溶液中混合均勻，制得混合料；