纤维素纳米纤丝/氮化铝复合材料的制备及其导热性能研究

纤维素作为地球上丰富的自然资源,具有绿色环保,来源广泛的特点。由纤维素制备出的纤维素纳米纤丝(CNF)因其成本低廉、易于加工、较低的热膨胀系数、光学透明度、轻质、良好的机械性能、高比表面积、生物可降解性、化学表面可修饰性,得到了越来越高的关注度。但CNF在热稳定性和导热性能方面也存在不足,限制了其作为热管理材料在电子冷却基材上的应用。本论文以蔗渣浆为原料,采用木聚糖酶预处理辅助机械法制备了 CNF,研究了 CNF的热稳定性和热降解规律、制备了 CNF/A1N复合材料并研究A1N对CNF基复合材料导热性能的影响、A1N改性后对复合材料导热性能的影响等相关工作。CNF的制备通过使用木聚糖酶预处理蔗渣浆料辅助超精细研磨机制备,CNF的尺寸小于100nm。使用不同剂量的木聚糖酶处理未漂蔗渣浆,在不同的研磨阶段段取样。通过对比热重分析,发现原浆生产的CNF比经酶处理后的浆料的CNF热稳定性高,并且热稳定性随酶用量的增加而减少,原浆中的半纤维素和木质素的存在有助于提高CNF的热稳定性。CNF/A1N复合材料利用操作简单的真空过滤法将CNF作为一种聚合物基底与A1N纳米片组装制备。研究了 CNF与A1N纳米片间的相互作用,探讨了 A1N用量对该复合材料性能的影响。利用该复合材料制备的电子元件表现出优异的导热性能、热稳定性及机械柔韧性。25 wt.%A1N的添加量使复合膜面内导热系数达到4.20 W/mK。A1N的添加提高了纳米复合材料的热稳定性。研究了 CNF与硅烷改性的A1N纳米片(TA1N)间的相互作用,探讨了TA1N用量对该复合材料性能的影响。由于硅烷的作用改善了 A1N纳米片在CNF基体的分散性,使它们之间产生共价键提高了复合膜的机械性能。硅烷的作用减少了 A1N纳米片与CNF基体界面间的声子散射,进而复合膜表现了优异的导热性能。在TA1N的添加量为25 wt.%时,复合膜面内导热系数达到了 5.11 W/mK。本论文利用蔗渣浆为原料制备的CNF具有机械性能良好,重构性好,分散性优异等优点,与A1N经真空抽滤的方法制备出的复合膜材料具有高导热性能和机械柔性,导热系数最高达到5.11 W/mK,有望作为热管理材料应用在柔性电子器件中,进一步拓展了纤维素在柔性电子市场的应用范围。