Page 37 - 《精细化工》2021年第10期
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第 10 期               徐淑艳，等:  氮化硼纳米片制备及其改性复合材料导热性能研究进展                                   ·1967·


            生镜面反射和不同角度的散射，声子-界面散射导致                            界面是影响复合材料导热性能的主要因素，可以通
            热量损失     [57] （图 2b）。由界面引起复合材料的导热                  过对 BNNSs 进行改性来提高 BNNSs 和基体之间的
            率降低被称作 Kapitza 热阻。LI 等          [58] 利用小角度 X       相容性，减少界面数量并提高界面质量，从而提高
            射线衍射技术测量 BNNSs/低密度聚乙烯（LDPE）                        材料的导热率。MA 等         [67] 用基于有效介质理论的分子
            复合材料的界面厚度为 2 nm，研究发现，界面相互                          运动力学模拟方法研究了掺杂 C、接枝—CH 3、单空
            作用提高了界面热阻。当复合材料受到外力时，界                             位 3 种 BNNSs 功能化处理方法对 BNNSs/石蜡导热率
            面有连接的作用，为 BNNSs 和聚合物链的重新定向                         的影响。研究发现，功能化一方面增加了声子杂质
            提供时间和空间。                                           散射，阻碍了热量传递；另一方面促进了 BNNSs
                                                               面内外的声子耦合，提高了 BNNSs 和石蜡之间的能
                                                               量传递。在两种不同作用下，功能化处理有效地提
                                                               高了 BNNSs 和石蜡的界面热导率。
                                                                   BNNSs 在聚合物中主要有 3 种分散情况：（1）
                                                               BNNSs 含量较低时，BNNSs 之间相互孤立，随机分
                                                               散在基体中，形成类似于“海岛”的体系（图 4a），

               图 3  BNNSs 和聚合物链之间热量传递示意图             [54]      此时复合材料的导热性无明显提高；（2）BNNSs 含
            Fig. 3    Schematic diagram of heat transfer between     量提高到一定程度即达到逾渗阈值时           [68] ，BNNSs 之
                   BNNSs and polymer chain [54]                间发生团聚并相互搭接，形成热阻低的导热路径（图

            4.2   影响 BNNSs 导热性的因素                              4b），热量沿导热路径传递，提升了复合材料的导热
                                                               性能；（3）BNNSs 之间充分接触后，继续提高 BNNSs
            4.2.1  BNNSs 的层数和纵横比
                                                               的含量，复合材料的导热率提高不明显，甚至会降
                 BNNSs 的导热性受其层数和纵横比等因素的
                                                               低，主要由于过量的 BNNSs 提高了复合材料的黏
            影响。将 h-BN 剥离为单层的 BNNS，消除了层间范
                                                               度，不利于其在基体中的分散，同时也增加复合材
            德华力的影响。晶体内部的非谐振动减少，层间声
            子散射率降低，导热率提高             [59] 。CAI 等 [60] 采用拉曼     料的制备难度和成本。ZHANG 等              [46] 制备了聚多巴
                                                               胺修饰的 m-BNNSs，采用浇铸和静电纺丝的方法制
            法在室温下测量了 1~3 层 BNNSs 的最高平均导热率
                                                               备了 m-BNNSs/PVDF 复合膜。两种方法制备的复合
            分别为 751、646、602 W/(m·K)，均高于块状 h-BN
                                                               膜的导热率均在 m-BNNSs 的质量分数为 30%时达
            的导热率。BNNSs 的高纵横比，有利于 BNNSs 之
            间相互堆叠从而提高接触面积               [61] 。声子沿 BNNSs        到最大，其中静电纺丝法制备的复合膜在 m-BNNSs
                                                               的质量分数为 30%时，导热率为 7.29 W/(m·K)，在
            “通道”传递热量，平均自由程长，复合材料导热
            率提高    [62] 。YAN 等 [63] 基于微流化技术，利用高压流              m-BN 的质量分数为 40% 时，导热率为 6.50
                                                               W/(m·K)。因此需改善其在基体中的分散性，合理
            体从微管道喷射产生的高剪切力对 BNNSs 进行剥
                                                               地控制其分散程度。
            离，采用真空过滤的方法制备了 BNNSs/PVA 复合

            膜。研究发现，调节压力可以控制作用在 h-BN 上
            的剪切力，防止平面外的冲击力降低 BNNSs 的横向
            尺寸，当压力为 75 MPa 时，BNNSs 的纵横比达到
            1500±91，产率为 70%。当 BNNSs 的质量分数为 83%
            时，BNNSs/PVA 膜的面内导热率为 67.6 W/(m·K)。
            SUN 等  [64] 建立 BNNSs 聚合物基复合材料有限元晶
            胞模型用来模拟 BNNSs 聚合物基复合材料的导热
            过程。研究发现，提高 BNNSs 的纵横比，复合材料
            面内导热率增加，面外导热率降低，有利于实现定
            向导热。                                                  a—BNNSs 呈“海岛”分布；b—BNNSs 形成导热路径

            4.2.2  BNNSs 与基体的相容性和分散性                                  图 4  BNNSs 在聚合物中的分布示意图
                 BNNSs 与基体的相容性直接影响复合材料的导                       Fig. 4    Schematic diagrams of dispersion of BNNSs in
                                                                      polymer
            热性能，因为 BNNSs 与高分子聚合物基体两者极性

            不同，基体对 BNNSs 的润湿性较差，形成比表面积                         4.2.3   建立定向 BNNSs 导热网络
            大且数量多的界面，界面上还会出现空洞和缺陷                     [65-66] 。    在聚合物基体中，BNNSs 定向有序排列，通过
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