[發明專利]一種芳綸納米纖維包覆石墨納米復合薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202310056101.X
• 申請日: 2023-01-18
• 公開（公告）號: CN116178760A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 宋建偉;司聯蒙;肖鴻;梁旭;申勝平
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C01B32/225;C01B32/21;C01B32/194;C01B32/19;B82Y40/00;B82Y30/00;C08L77/10;C08K3/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種芳綸納米纖維包覆石墨納米復合薄膜及其制備方法，該該薄膜是由芳綸納米纖維包覆石墨納米片，層層堆疊形成的層狀有序納米復合薄膜；首先將芳綸納米纖維和石墨片混合加入溶劑，然后通過機械處理混合液，芳綸納米纖維對石墨進行剝離和分散，通過氫鍵和π?π鍵作用包覆于石墨納米片表面的芳綸納米纖維由于負電荷的排斥進而形成均質的懸浮液，最后采用高溫濃縮、刮涂、熱壓的方式得到芳綸納米纖維包覆石墨納米復合薄膜。該方法操作簡單，克服了傳統納米片制備過程復雜且需要二次功能化來分散的問題。由該方法制備的薄膜具有優異的結構穩定性，具有長時間的離子加速傳輸穩定性同時具有優異的極端環境適應性，并且具有突出的絕緣性和導熱性能。

技術領域

本發明涉及石墨烯納米薄膜技術領域，涉及一種的芳綸納米纖維包覆石墨納米復合薄膜及其制備方法。

背景技術

二維層狀有序的納米薄膜在納米流體離子傳輸、滲透能量轉化、電池隔膜和電氣設備散熱等領域具有潛在的應用。如氧化石墨烯、納米粘土、過渡金屬碳化物和氮化物(MXene)、石墨烯復合納米纖維素等層狀納米薄膜，由于受限的層間納米通道及表面電荷作用，可以實現離子的選擇性和加速傳輸。但是這些納米薄膜在應用中仍存在較大挑戰：(1)前期二維納米片的制備工藝復雜，而且納米片的分散還需要額外的功能化。(2)納米薄膜在水中的穩定性差。大部分的薄膜在溶液中容易潤漲，甚至物理瓦解，極大地影響其離子傳輸性能及使用壽命。(3)無法適應復雜的環境。幾乎所有的納米復合薄膜研究都是在水溶液中，無法適用于酸、堿、有機溶劑等極端復雜的環境體系。此外層狀有序的納米薄膜中不同的組分又能賦予其它不同的性能。如在導熱絕緣領域；一個重要的思路就是采用高導熱系數的石墨烯、石墨、MXene等導電填料提高基體的導熱性能，在低的導電填料填充下，薄膜雖然具有很好的絕緣性，但是其導熱系數較低；在高含量的導電填料填充下，材料雖然具有高的導熱性能，卻失去了其絕緣性。因此如何在導電填料填充下實現材料的高導熱性和絕緣性仍然存在很大困難。針對上述問題，設計并制備一種具有優異的結構穩定性、離子加速傳輸穩定性和極端環境適應性，同時兼具高的導熱性和絕緣性能對于延長納米流體器件的使用壽命、拓寬其環境適用范圍和應用領域以及提高電氣設備的散熱性能具有重要意義。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種芳綸納米纖維包覆石墨納米復合薄膜及其制備方法，該芳綸納米纖維包覆石墨納米復合薄膜具有優異的結構穩定性、離子加速傳輸穩定性和極端環境適應性，同時具有突出的絕緣性和導熱性能?；诖嗽摬牧嫌型娱L納米流體器件的使用壽命，拓寬納米流體器件在實際中的環境適用范圍和應用領域，并提高電氣設備的散熱能力。該制備方法操作簡單并且無需二次功能化。

為了達到上的目的，本發明采用如下技術方案：

一種芳綸納米纖維包覆石墨納米復合薄膜，該復合薄膜是由芳綸納米纖維包覆石墨納米片，層層堆疊形成的層狀有序納米復合薄膜；所述復合薄膜在水中長時間浸泡，仍能保持結構完整以及力學性能穩定；長時間在水溶液中浸泡仍保持穩定的離子加速傳輸性能；能在極端環境即酸、堿和有機溶劑中實現離子加速傳輸，同時在極端環境中能保持結構完整以及穩定的離子加速傳輸性能；同時具有突出的絕緣性和導熱性能，突出的絕緣性表現為體積電阻率超過10¹⁰Ω.cm，具有突出的導熱性能表現為導熱系數能夠達到41.5W/m.K。

所述薄膜在水中長時間浸泡指的是在水中浸泡60～120天。

所述長時間在水溶液中浸泡仍保持穩定的離子加速傳輸性能指的是將復合薄膜在水溶液中浸泡30～90天后，在濃度小于10^-3mol/L的鹽溶液中測試時，復合薄膜的離子電導率仍高于鹽溶液本身的離子電導率，并且復合薄膜的離子電導率與浸泡前保持一致。