六方氮化硼(h-BN)复合材料的制备及其性能研究

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随着工业技术不断的发展,人们对于新材料的探究越来越广泛深入,不断寻找具有各类优良性质的材料。六方氮化硼(hexagonal boron nitride h-BN)由于其特殊的结构和优良的性能近年来受到极大的关注,有将纯h-BN直接作为原材料来制备光学或电子器件,更多则是将其改性之后制备复合材料来提高材料的各项性能,如导热性能。导热高分子复合材料由于其良好的可加工性在电子封装行业应用广泛,但是高分子本身的热导率是很差的,所以人们通过加入不同的填料来提高导热系数。h-BN具有非常优异的导热性能,而剥离后得到的少层BNNS(Boron nitride nanosheets)则能将材料的利用效率达到最大化。本文首先通过高压均质法剥离h-BN,高压均质法剥离得到的BNNS片层完整且有可继续反应的活性位点,PVP(聚乙烯吡咯烷酮)作为稳定剂和分散剂,高压均质后得到均匀分散的h-BN水溶液,将其高速离心后得到的上清液中的BNNS是片层较薄的,将得到的BNNS立即与Fe Cl3·6H2O反应还原制备得到BNNS@Fe3O4,并通过不同的表征手段对合成的产物进行了表征,确定了产物的结构和形态。制备BNNS@Fe3O4的方法同样可以用于制备其他Fe3O4改性的二维材料。经过Fe3O4改性的BNNS可以在外界磁场的作用下取向,进而制备了垂直取向的高导热PI(聚酰亚胺)/BNNS@Fe3O4复合材料,由于BNNS在垂直方向定向排列,当BNNS@Fe3O4填料的添加量达到25wt%时,经过磁场取向复合材料的垂直面(原子面法线方向)导热系数可以达到4.07W/(m?K),是纯PI膜的9.04倍。其次,除了通过磁场取向构建聚合物/填料3D导热网络,本文还通过原位构建PS微球和h-BN 3D导热网络,得到具有一定取向程度导热复合材料,PS微球和h-BN之间的空隙由尼龙6微粉填满,尼龙6能起到增韧和连接的作用,混合均匀后热压,形成力学性能良好的类合金塑料,同时构建具有三维立体空间形状的复合材料,在BN填料量为40wt%时,在垂直面上的导热系数能高达3.28W/(m?K)。本论文中所有的导热系数均指的是垂直面(原子面法线方向)的导热系数。最后,由于BNNS具有较大的比表面积,所以研究了BNNS@Fe3O4对刚果红染料的吸附性能,二者的复合物可以作为优良的吸附剂且循环使用四次后吸附性能无明显下降,同时吸附剂易回收。
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