【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于蜂窝材料，具体涉及一种高导热凝胶粉体及其制备方法和应用。
技术介绍
1、微型化、高度集成化、功能化和高功率的电子设备逐渐兴起，并应用到生活中的方方面面；同时，对于电子产品的使用舒适性和流畅度要求也越来越高。随着半导体芯片的频率和功率增加以及集成电路的紧密封装，大量的热会在设备的运行过程中产生，为了不影响设备的运行效率需要及时进行散热，否则就会产生集聚，形成众多热点。在非常高的温度下，这些局部热点对微电子器件的性能和使用寿命有显著影响。因此有效的热管理系统对于降低大功率电子设备的局部热点温度至关重要，对传统导热材料提出了新的要求和挑战。
2、聚合物具有加工性强、密度低、多环境适应性等优点，因此在电子、工程、能源、航空航天等领域受到了极高的关注。但是由于聚合物本身的导热性能较差，且大部分为绝热材料，很难满足大部分电子产品的散热需求，所以有必要通过合适的手段对聚合物材料进行适当的导热性能改进，开发出高导热、性能稳定、安全的导热高分子热界面材料，用以满足日益增长的散热性能需求。
3、由于聚合物链的高度无序，声子散射现象在聚合物中非常明显，声子的散射主要通过声子之间的碰撞以及杂质和晶格缺陷之间的界面发生，使其本征导热性能低，在实际应用中基本上不能达到散热的要求，所以需要开发综合性能优良的导热聚合物材料。根据导热复合材料制备方式的差异，可以粗略区分为两大类。一类是依赖自身性能不掺加任何其他物质的聚合物，即本征型导热材料；另一类是将不同形式的导热材料与聚合物复合制备形成的，称之为填充型导热材料。而后者又可
4、然而，由于填料-填料和填料-基体界面处的巨大界面热阻，导热填料在高负载的情况下制备的复合材料，其导热性能并不会出现如预期的那样的大幅提升。此外，较差的颗粒分散性和分散填料的高负载水平严重降低了聚合物的性能。这些因素阻碍了导热填料充分发挥其增强聚合物热传导的潜力。与使用分散的填料颗粒相比，预先构建的三维导热骨架结构是创建高性能聚合物基导热材料的优秀方式，因为它确保了良好的填料分布并在聚合物基体中形成连续导热网络，互相联结触碰的填料，提高了填料渗流网络的密度，提供了多通道的声子传播路径，同时有效降低了阻挡声子传播的界面热阻，将界面热阻对热导率性能提高的影响降到较低水平。使用这样的架构，可以用最小的高导热填料填充量获得聚合物导热材料热导率最大化程度的提高。例如氮化硼三维互连结构、石墨烯泡沫等都得到了广泛应用。然而，聚合物熔体分散较弱，现有技术制备的三维导热填料界面与聚合物基体的相互作用较差，存在较大界面热阻，导热通道形成效率低，导致低的热导率。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种高导热凝胶粉体及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种高导热凝胶粉体的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将氧化石墨烯和还原剂、聚乙二醇分散于去离子水中得氧化石墨烯混合溶液，密封后放入烘箱中加热反应得到石墨烯水凝胶溶液；
5、（2）将聚酰胺酸粉末分散于去离子水中，加入有机碱，搅拌至聚酰胺酸粉末完全溶解得到聚酰胺酸盐溶液；氧化石墨烯和聚酰胺酸粉末的质量比为1：（0.3-1）；聚酰胺酸粉末与有机碱的质量比为1：（0.01-0.2）；
6、添加较少量的有机碱，旨在通过限制聚酰胺酸与有机碱的反应程度，有效控制聚酰胺酸的成盐度，使一部分羧基与氨基化氮化硼纳米片表面的氨基进行接枝反应，使聚酰胺酸发挥分散剂和连接剂的作用，提高氨基化氮化硼纳米片的附着力和分散程度；
7、（3）将氨基化氮化硼纳米片加入聚酰胺酸盐溶液中，超声分散得到聚酰胺酸盐混合溶液；聚酰胺酸粉末和氨基化氮化硼纳米片的质量比为1：（0.1-1）；
8、（4）边搅拌边将聚酰胺酸盐混合溶液滴加到石墨烯水凝胶溶液中，滴加完毕后静置得到聚酰胺酸/氮化硼/石墨烯混合水凝胶；
9、（5）将聚酰胺酸/氮化硼/石墨烯混合水凝胶经冷冻干燥，热亚胺化，粉碎后得到高导热凝胶粉体。
10、现有技术有较多关于聚酰亚胺/石墨烯凝胶材料的制备技术。但是，其一般采用原位形成凝胶法（cn106750290a、cn110357067a等），石墨烯气凝胶浸渍法（cn112094426a），聚酰酸水凝胶负载石墨烯法（cn116218018a）。上述工艺要么先制备聚酰酸凝胶或石墨烯气凝胶，要么将聚酰胺酸与石墨烯共混后制备气凝胶，且基体结构为聚合物，结构不稳定，力学性能较差，用于3d打印熔融再加工时，会发生结构的破坏。为了克服该问题，专利技术人在之前的工作中以聚乙二醇、氧化石墨烯作为原料先制备石墨烯水凝胶，构建石墨烯基的凝胶材料。聚乙二醇作为良好的改性剂，不仅有利于石墨烯的分散，而且可以与石墨烯表面的羧基或羟基等含氧官能团形成氢键，增强石墨烯片层间的相互作用力，提高石墨烯水凝胶结构的稳定性。聚乙二醇数均分子量可为400-5000，具体可为peg400、peg600、peg800、peg1000、peg2000、peg5000等。
11、采用上述方法制备的聚酰亚胺/石墨烯凝胶材料可以有效提高复合材料的力学性能。但是，由于基体气凝胶是以氧化石墨烯为原料制备得到，石墨烯表面存在大量的褶皱和缺陷，导致凝胶网络的导热性降低。尤其是将其作为热塑性聚氨酯的导热填料时，凝胶内部空隙填充了大量的聚氨酯材料，凝胶骨架的导热性能将会决定复合材料整体的导热率。为了弥补石墨烯骨架的缺陷，本专利技术引入了一定量氨基化氮化硼纳米片。氮化硼具有极高的热导率和机械强度，可以大大提高复合材料的导热性能和力学强度。但是，氮化硼表面的化学惰性使得它们难以均匀分散在聚合物基体中，特别是在高填充量的情况下，这会导致基于氮化硼的三维导热网络无法形成。通过液相球磨工艺制备六方氮化硼纳米片属于本领域常规工艺（例如cn 112409791 a、cn 112552681 a等）。球磨机提供温和的剪切力，可生产出高质量的六方氮化硼纳米片。利用尿素作为球磨机的球磨助剂，在高能球磨作用下可以和氮化硼形成新的结构，使得尿素更加容易和氮化硼结合并且在剥离后起到稳定氮化硼的作用，从而得到了横向尺寸为数百纳米，厚度仅为几纳米的六方氮化硼纳米片层材料。进一步的，氨基化氮化硼纳米片的表面活性基团可以与聚酰胺酸盐上残留的羧基发生接枝反应，有效提高氨基化氮化硼纳米片的附着效率，防止在3d打印熔融再加工时，氮化硼纳米片从凝胶网络中脱落，影响导热通路的形成。其中，聚酰胺酸粉末和氨基化氮化硼纳米片的质量比为1：0.3-0.6时，既有利于发挥氨基化氮化硼纳米片的高导热和高力学强度性能，又可以防止氨基化氮化硼纳米片过多堵塞凝胶孔洞，影响热塑性聚氨酯的浸润。
12、进一步的，本专利技术中聚酰胺酸粉末的制备工艺为：以二胺单体、二酐单体作为原料分散于有机溶剂中进行缩聚反应制备聚酰胺酸溶液；将聚酰胺酸溶液倒入去离子水中析出，得到聚酰胺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，步骤（1）氧化石墨烯混合溶液中氧化石墨烯浓度为0.5-2mg/mL；还原剂为抗坏血酸，氧化石墨烯和还原剂质量比为1：（0.1-0.5）；氧化石墨烯和聚乙二醇的质量比为1：（0.01-0.1）；加热反应温度为60-90℃，时间为1-4h。
3.如权利要求1所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中有机碱为三乙胺、三丙胺、三乙醇胺中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中氨基化氮化硼纳米片的制备工艺为：将六方氮化硼粉末和尿素、去离子水混合均匀后放入球磨机中，在惰性气体保护下，经过高速球磨、洗涤、干燥处理得到氨基化氮化硼纳米片。
5.如权利要求4所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，六方氮化硼粉末和尿素的质量比为1：（15-30）。
6.如权利要求4所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，球磨机转速为400-500rp
7.如权利要求4所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，洗涤为采用去离子水洗涤3-5次。
8.一种高导热凝胶粉体，其特征在于：由权利要求1-7中任意一项所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法制得。
9.一种如权利要求8所述的高导热凝胶粉体的应用，其特征在于，将高导热凝胶粉体用于3D打印聚氨酯材料领域。
10.一种3D打印聚氨酯材料，其特征在于：包含如下重量份的组分：
...【技术特征摘要】
1.一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，步骤（1）氧化石墨烯混合溶液中氧化石墨烯浓度为0.5-2mg/ml；还原剂为抗坏血酸，氧化石墨烯和还原剂质量比为1：（0.1-0.5）；氧化石墨烯和聚乙二醇的质量比为1：（0.01-0.1）；加热反应温度为60-90℃，时间为1-4h。
3.如权利要求1所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中有机碱为三乙胺、三丙胺、三乙醇胺中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种高导热凝胶粉体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中氨基化氮化硼纳米片的制备工艺为：将六方氮化硼粉末和尿素、去离子水混合均匀后放入球磨机中，在惰性气体保护下，经过高速球磨、洗涤、干...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓非，闫希利，闫一铭，
申请(专利权)人：苏州港睿通纳米材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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