本發(fā)明公開了一種h?BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法，屬于水凝膠技術(shù)領(lǐng)域，其中制備方法包括：將h?BN和聚乙烯醇溶解于水中，通過(guò)低溫冷凍后，在冷凍干燥機(jī)中凍干，形成h?BN氣凝膠；將h?BN氣凝膠浸泡在丙烯酰胺溶液中，真空抽濾后形成含有丙烯酰胺溶液的h?BN凝膠，然后浸泡在催化劑中形成h?BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。本發(fā)明通過(guò)先制備h?BN氣凝膠，再與PAAm水凝膠復(fù)合，這樣得到的h?BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠中h?BN本身形成了網(wǎng)絡(luò)，所以可以在很大程度上增加水凝膠的熱導(dǎo)率以及機(jī)械性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水凝膠技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種h-BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

水凝膠是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚合物，能夠在水中溶脹達(dá)到平衡，含有大量的水份并且不會(huì)在水中溶解。與人體組織的結(jié)構(gòu)相似。而人工合成的水凝膠在應(yīng)用中具有的缺點(diǎn)是強(qiáng)度比較低，不能滿足實(shí)際需要。自2003年龔建平組制備出雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠以來(lái)，這種高強(qiáng)度的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠越來(lái)越受關(guān)注，許多高強(qiáng)度水凝膠的科研成果層出不窮。

近年來(lái)，水凝膠的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，科研人員嘗試把水凝膠作為電子元器件的襯底或封裝來(lái)使用，以制備可拉伸柔性電子器件。因?yàn)殡娮悠骷诠ぷ鲿r(shí)會(huì)由于焦耳效應(yīng)大量發(fā)熱影響器件的工作性能。為了使電子器件正常持續(xù)使用，水凝膠熱導(dǎo)率的提高必不可少。最近科研人員把重點(diǎn)集中在通過(guò)摻雜高熱導(dǎo)納米材料制備高熱導(dǎo)的水凝膠。目前公布的水凝膠存在如下缺點(diǎn)：第一，制備方法復(fù)雜，以Feng Xiao課題組為例，為了減小h-BN與PNIPAM水凝膠的熱阻值，首先需要將h-BN與水蒸汽在管式爐中通氬氣于850℃發(fā)生反應(yīng)使h-BN邊緣帶上羥基。反應(yīng)條件苛刻。第二，水凝膠熱導(dǎo)能提高不少，但強(qiáng)度非常低，比如Hongbo Jiang制備的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。

由此可見，開發(fā)出高熱導(dǎo)率、高強(qiáng)度的水凝膠是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種h-BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法，由此解決現(xiàn)有的水凝膠存在無(wú)法同時(shí)具有高熱導(dǎo)率和高強(qiáng)度的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種h-BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備方法，包括：

(1)將h-BN和聚乙烯醇混合后溶解于水中，通過(guò)低溫冷凍后，在冷凍干燥機(jī)中凍干，形成h-BN氣凝膠；

(2)將h-BN氣凝膠浸泡在丙烯酰胺溶液中，真空抽濾后形成含有丙烯酰胺溶液的h-BN凝膠，然后浸泡在催化劑中形成h-BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。

本發(fā)明中h-BN能夠溶解在PVA溶液中是因?yàn)榭栈饔茫筯-BN能夠形成穩(wěn)定溶液，然后通過(guò)真空冷凍形成氣凝膠。由于六方氮化硼(h-BN)具有很高的熱導(dǎo)率(100W/mK to1000W/mK)，很強(qiáng)的機(jī)械性能(約750GPa)，作為復(fù)合材料直接加入水凝膠也會(huì)提高水凝膠的熱導(dǎo)率，但由于h-BN不溶于水，在有機(jī)物溶液中也只能低濃度的存在，所以復(fù)合水凝膠的h-BN含量有限，并且由于h-BN和水凝膠之間有很高的熱阻值，因而得到的復(fù)合水凝膠熱導(dǎo)率提高較少。本發(fā)明通過(guò)先制備h-BN氣凝膠，再與PAAm水凝膠復(fù)合，這樣得到的h-BN和PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠中h-BN本身形成了網(wǎng)絡(luò)，所以可以在很大程度上增加水凝膠的熱導(dǎo)率以及機(jī)械性能。

進(jìn)一步地，h-BN為h-BN納米片，所述h-BN納米片的厚度為40nm-50nm，所述h-BN納米片的片徑尺寸為2μm-20μm。由于氮化硼納米片是二維尺寸材料，其低維結(jié)構(gòu)使其具有特殊的聲子模式，從而表現(xiàn)出更優(yōu)異的熱導(dǎo)性能。本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段選取氮化硼粉末進(jìn)行制備，然而本發(fā)明選取的氮化硼納米片的熱導(dǎo)率比常規(guī)使用的氮化硼粉末高。

進(jìn)一步地，低溫冷凍的溫度為-80℃至-120℃，低溫冷凍的時(shí)間為20h-24h。本發(fā)明在冷凍干燥機(jī)中凍干之前通過(guò)低溫冷凍，確保h-BN氣凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定，再凍干是將里面的水分升華出來(lái)，直接凍干的話內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)固定，會(huì)導(dǎo)致形狀坍塌。