本發(fā)明屬于功能材料技術領域，具體地講，涉及一種氮化硼-銀/纖維素復合材料及其制備方法。

背景技術：

隨著微電子集成與組裝技術的飛速發(fā)展，電子元器件和邏輯電路的體積成倍地縮小，工作頻率急劇增加，導致電子設備所產生的熱量迅速積累，電子元件的工作溫度隨之增加，電子設備的壽命也因此降低；為了解決這一問題，必須采取相應的措施及時散去電子元件產生的熱量。

高分子材料由于具備優(yōu)異的機械強度而被普遍用作電子元器件和邏輯電路的基底和封裝材料，但是一般高分子材料都是熱的不良導體，其導熱系數一般都低于0.5w·m^-1·k^-1，為滿足微電子、電機電器等諸多領域的發(fā)展需求，制備具有優(yōu)良綜合性能的高導熱聚合物絕緣材料正成為該領域的研究熱點，受到越來越多國內外研究同行的關注。

六方氮化硼(簡稱h-bn)作為無機填料的一種，其理論導熱系數高達2000w·m^-1·k^-1，實測導熱系數達到360w·m^-1·k^-1，且其具有優(yōu)異的機械性能。另外，h-bn因其較好的絕緣性可以在電子封裝等領域用作絕佳的填料。目前國內外研究人員進行了h-bn/聚合物復合材料的制備及其導熱性能的研究，研究表明，由于填料的形態(tài)、制備方法、基體選擇等不同，得到的復合材料的導熱系數在0.13w·m^-1·k^-1～1.2w·m^-1·k^-1。

與此同時，ag作為傳統(tǒng)的導熱材料之一，同樣具有優(yōu)異的導熱性，但對于電子封裝等技術領域來講，ag較高的導電性是其成為選擇填料的最大阻礙。

技術實現要素：

為解決上述現有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種氮化硼-銀/纖維素復合材料及其制備方法，該氮化硼-銀/纖維素復合材料有效地降低了其中氮化硼之間的界面熱阻，實現了氮化硼-銀/纖維素復合材料的高導熱性能。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術方案：

一種氮化硼-銀/纖維素復合材料，包括氮化硼納米片、纖維素以及銀納米顆粒；其中，所述銀納米顆粒在所述氮化硼納米片的水平方向上橋連至少兩個所述氮化硼納米片形成氮化硼-銀雜化填料，所述纖維素將疊層相鄰的兩層所述氮化硼-銀雜化填料相阻隔。

進一步地，所述銀納米顆粒還附著在所述氮化硼納米片的表面上。

進一步地，在所述氮化硼-銀雜化填料中，所述銀納米顆粒的質量百分數為0.05％～0.4％。

進一步地，所述氮化硼-銀雜化填料與所述纖維素的質量之比為1:9～9:1。

進一步地，所述氮化硼納米片的側向尺寸為2μm、10μm、18μm中的至少一種。

進一步地，所述銀納米顆粒的粒徑小于10nm。

進一步地，所述纖維素選自微米級纖維素、納米級纖維素、微米級纖維素微晶和納米級纖維素微晶中的至少一種。

進一步地，所述氮化硼-銀/纖維素復合材料的厚度為20μm～80μm。

進一步地，所述氮化硼-銀/纖維素復合材料的導熱系數為16.0w·m^-1·k^-1～32.5w·m^-1·k^-1。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種如上任一所述的氮化硼-銀/纖維素復合材料的制備方法，包括步驟：s1、將氮化硼納米片、銀源及還原劑混合，所述銀源中的銀離子被還原得到銀納米顆粒，所述銀納米顆粒在所述氮化硼納米片的水平方向上橋連至少兩個所述氮化硼納米片，獲得氮化硼-銀雜化填料；s2、將所述氮化硼-銀雜化填料與纖維素混合均勻，所述氮化硼-銀雜化填料與所述纖維素自組裝獲得氮化硼-銀/纖維素復合材料。

進一步地，在所述步驟s1中，所述銀源與所述還原劑的物質的量之比為1:1～1:1.5，以使所述氮化硼-銀雜化填料中，所述銀納米顆粒的質量百分數為0.05％～0.4％；在所述步驟s2中，所述氮化硼-銀雜化填料與所述纖維素的質量之比為1:9～9:1。

進一步地，所述銀源為硝酸銀；所述還原劑選自水合肼、n,n二甲基甲酰胺、檸檬酸、葡萄糖、阿拉伯樹膠中的至少一種。

進一步地，在所述步驟s1中，采用液相還原法制備所述氮化硼-銀雜化填料；在所述步驟s2中，采用真空輔助抽濾自組裝工藝制備所述氮化硼-銀/纖維素復合材料。

本發(fā)明首先通過銀納米顆粒將氮化硼納米片的邊緣處進行橋連，有效降低了氮化硼之間的界面熱阻，獲得氮化硼-銀雜化填料；繼而通過纖維素將多個氮化硼-銀雜化填料相互阻隔，穿插在多個氮化硼-銀雜化填料之間的纖維素可使最終獲得的氮化硼-銀/纖維素復合材料的機械性能大大增加，表現出優(yōu)異的柔性。與此同時，根據本發(fā)明的氮化硼-銀/纖維素復合材料的制備方法工藝簡單、原料來源廣泛、制備條件易于控制。

附圖說明

通過結合附圖進行的以下描述，本發(fā)明的實施例的上述和其它方面、特點和優(yōu)點將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據本發(fā)明的氮化硼-銀/纖維素復合材料的結構示意圖。

具體實施方式

以下，將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。然而，可以以許多不同的形式來實施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應該被解釋為限制于這里闡述的具體實施例。相反，提供這些實施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，從而使本領域的其他技術人員能夠理解本發(fā)明的各種實施例和適合于特定預期應用的各種修改。在附圖中，為了清楚起見，可以夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的標號將始終被用于表示相同或相似的元件。

本發(fā)明提供了一種氮化硼-銀/纖維素復合材料，該氮化硼-銀/纖維素復合材料可作為一種選擇填料而應用于微電子、電機電器等領域。

圖1是根據本發(fā)明的氮化硼-銀/纖維素復合材料的結構示意圖。

具體參照圖1，根據本發(fā)明的氮化硼-銀/纖維素復合材料包括氮化硼納米片11、纖維素2以及銀納米顆粒12；其中，銀納米顆粒12在氮化硼納米片11的水平方向上橋連至少兩個氮化硼納米片11，以形成氮化硼-銀雜化填料1，而纖維素2則將疊層相鄰的兩層氮化硼-銀雜化填料1相阻隔。

優(yōu)選地，在氮化硼-銀雜化填料1中，部分銀納米顆粒12還附著在氮化硼納米片11的表面上。

氮化硼-銀雜化填料1與纖維素2的質量之比為1:1～9:1，即氮化硼-銀雜化填料1和纖維素2按照10％～90％:90％～10％的質量比例形成該氮化硼-銀/纖維素復合材料；其中，在氮化硼-銀雜化顆粒1中，銀納米顆粒12的質量百分數為0.05％～0.4％。

具體地，氮化硼納米片11的側向尺寸可以是2μm、10μm或18μm；同時，銀納米顆粒12的粒徑小于10nm。

進一步地，纖維素2可選自微米級纖維素、納米級纖維素、微米級纖維素微晶和納米級纖維素微晶中的至少一種。

如此，氮化硼-銀雜化填料1即通過與纖維素2交叉疊層，形成了氮化硼-銀/纖維素復合材料，獲得的氮化硼-銀/纖維素復合材料的導熱系數為16.0w·m^-1·k^-1～32.5w·m^-1·k^-1。

根據本發(fā)明的氮化硼-銀/纖維素復合材料的厚度與其應用于微電子、電機電器等領域時的性能有著密切的關系，因此，本發(fā)明的氮化硼-銀/纖維素復合材料的厚度一般控制為20μm～80μm。

本發(fā)明還提供上述氮化硼-銀/纖維素復合材料的制備方法，包括如下步驟：

s1、將氮化硼納米片、銀源及還原劑混合，銀源中的銀離子被還原得到銀納米顆粒，銀納米顆粒在氮化硼納米片的水平方向上橋連至少兩個氮化硼納米片，獲得氮化硼-銀雜化填料。

上述氮化硼-銀雜化填料的制備過程優(yōu)選采用液相還原法。

具體來講，包括下述步驟：(1)將氮化硼粉末加入至有機溶劑中，分散均勻后進行離心，并取上層液體，即得氮化硼納米片溶液；(2)將氮化硼納米片溶液在攪拌下降溫至10℃～15℃，并逐漸加入銀源；(3)在攪拌條件下逐漸加入還原劑，并持續(xù)攪拌1h～1.5h，獲得氮化硼-銀雜化填料。

在上述步驟(1)中，所述有機溶劑可以是異丙醇等，同時可采用超聲分散24h～48h，并在3500rpm～6500rpm的轉速下離心分離15min～30min，以獲取氮化硼納米片溶液；氮化硼納米片溶液的濃度優(yōu)選為0.5mg/ml～1mg/ml。

更為具體地，所采用的氮化硼粉末其側向尺寸為2μm、10μm或18μm；銀源優(yōu)選為硝酸銀；還原劑選自水合肼、n,n二甲基甲酰胺、檸檬酸、葡萄糖、阿拉伯樹膠中的至少一種。

與此同時，控制銀源與還原劑的物質的量之比為1:1～1:1.5，以使銀源中的ag(ⅱ)盡量被還原獲得銀納米顆粒；但值得說明的是，在獲得銀納米顆粒后，并非所有的銀納米顆粒均起到橋連作用用于形成氮化硼-銀雜化填料，而是會有部分銀納米顆粒分散于溶液環(huán)境中，最終在氮化硼-銀/纖維素復合材料的組裝過程中被去除；因此，此處結合檢測保證在氮化硼-銀雜化顆粒中，銀納米顆粒的質量百分數為0.05％～0.4％即可。

一般地，以硝酸銀作為銀源時，采用硝酸銀溶液的形式向氮化硼納米片溶液中添加，優(yōu)選控制硝酸銀溶液的濃度為0.01mol/l～0.1mol/l即可。

值得說明的是，在上述制備氮化硼-銀雜化填料的過程中，由于氮化硼納米片的邊緣缺陷導致其能量很高，而在反應的過程中，銀納米顆粒即會為了降低此處高能量而優(yōu)選連接在氮化硼納米片的邊緣處，以將至少兩個氮化硼納米片橋連在一起；與此同時，也會存在部分銀納米顆粒未起到橋連作用，而僅附著在氮化硼納米片的表面上。

s2、將氮化硼-銀雜化填料與纖維素混合均勻，氮化硼-銀雜化填料與纖維素自組裝獲得氮化硼-銀/纖維素復合材料。

優(yōu)選地，采用真空輔助抽濾自組裝工藝來獲得氮化硼-銀/纖維素復合材料。具體來講，向上述步驟(3)獲得的氮化硼-銀雜化填料中加入纖維素，持續(xù)攪拌1h～1.5h；攪拌完成后，采用真空抽濾，并經洗滌，獲得氮化硼-銀/纖維素復合材料。

在上述過程中，纖維素選自微米級纖維素、納米級纖維素、微米級纖維素微晶和納米級纖維素微晶中的至少一種；同時，控制氮化硼-銀雜化填料與纖維素的質量之比為1:9～9:1。

根據本發(fā)明的氮化硼-銀/纖維素復合材料中，銀納米顆粒通過橋連作用實現了氮化硼納米片之間的相互連接，降低了氮化硼納米片之間的界面熱阻，實現了氮化硼-銀/纖維素復合材料的高導熱系數；同時，由于纖維素優(yōu)異的機械性能，還使該氮化硼-銀/纖維素復合材料表現出較高的柔性。

以下將通過具體的實施例體現本發(fā)明的上述氮化硼-銀/纖維素復合材料及其制備方法；為了對比各實施例中的不同參數及條件，以表格的形式列出實施例1-3的條件參數。

將理解的是，盡管在這里可使用術語“第一”、“第二”等來描述各種比例，但是這些比例不應受這些術語的限制。這些術語僅用于將一個比例與另一個比例區(qū)分開來。

表1實施例1-3的參數及性能對比

注：在表1中，“第一質量比例”表示在氮化硼-銀雜化顆粒中，銀納米顆粒的質量百分數；“第二質量比例”表示在氮化硼-銀/纖維素復合材料中，氮化硼-銀雜化填料與纖維素的質量之比。

表2實施例1-3的條件對比

注：在表2中，“物質的量比例”表示在步驟s1中，銀源與還原劑的物質的量之比；“第三質量比例”表示在步驟s2中，氮化硼-銀雜化填料與纖維素的質量之比。

雖然已經參照特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領域的技術人員將理解：在不脫離由權利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進行形式和細節(jié)上的各種變化。