一种多巴胺改性纳米氮化硼及其制备方法和应用

本发明涉及纳米流体，具体涉及一种多巴胺改性纳米氮化硼及其制备方法和应用。

背景技术：

1、纳米流体因其增强的导热性能而被称为新一代的导热流体。在过去的几十年里对纳米流体进行了大量研究，由于纳米颗粒的粒径小、表面积大，纳米粒子的引入能有效地提高基础流体的导热性能。然而，原始的纳米材料很难同时具备实际应用所需的综合优异性能，因此对纳米材料进行改性处理以将其作为纳米流体添加剂的研究具有重要意义。改性纳米材料是利用共价键或非共价键的方式对纳米材料的官能团进行修饰，以提升其在特定方面的性能。与添加原始纳米材料的纳米流体相比，添加改性纳米材料的纳米流体由于协同效应有望呈现更好的导热性能。

2、六方氮化硼(h-bn)，也被称为"白色石墨烯"，由于其独特的结构和出色的热性能、机械性能和摩擦学性能，已经获得了广泛的关注。近年来，h-bn已被广泛用作复合材料中的增强相，以提高其性能。开发具有优良稳定性和增强导热性能的复合纳米流体至关重要，因为它们可以提高电池热管理系统的效率。

3、目前，纳米流体所面临的主要挑战是填料与基液体之间的不相容性，使其难以与大多数聚合物基材料有良好的结合，致使其较差的相容性，从而限制了其材料的导热性以及长期稳定性。虽然表面改性可以在一定程度上解决这个问题，但h-bn的分散性和界面性能很难通过简单的表面改性方法来调整，这是因为b-n键的共价性和离子性的精细结合，使得h-bn的电子状态的化学活性大大降低，增加了其改性的挑战性，因此，探索出一种简单高效的改性方法，对h-bn进行功能化，使其在作为冷却液添加剂时能够有效改善冷却液导热性能和稳定性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多巴胺改性纳米氮化硼及其制备方法和应用，本发明采用多巴胺改性氮化硼表面，制备方法简单，绿色环保，且经过改性后纳米氮化硼作为纳米流体添加剂能够有效提升其导热系数与稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)取bn粉末，球磨得到纳米bn粉末；

5、(2)对纳米bn粉末进行高温退火引入羟基官能团，得到纳米bn-oh粉末；

6、(3)将纳米bn-oh粉末、盐酸多巴胺、水和ph缓冲剂混合均匀，得到混合溶液，保温反应，反应完成后经过滤、洗涤和干燥得到多巴胺改性纳米氮化硼。

7、优选的，步骤(1)具体包括：取bn粉末干燥后，将其与纳米sio2混合均匀后置于球磨罐中，球磨后取出样品，经碱化处理去除sio2后，抽滤、去离子水洗数次，最后冷冻干燥得到纳米bn粉末。

8、进一步优选的，bn粉末采用冷冻干燥的方式进行干燥10h以上；其中冷冻干燥除了能够起到干燥作用之外，bn粉末长时间处于低温冷冻也有利于后续的粉碎处理；碱化处理在室温下进行，且应使用过量的碱，确保sio2被完全去除。

9、进一步优选的，纳米sio2粉末粒径在100nm以内；纳米sio2与bn粉末按质量比为1：(1～2)进行混合，得到混合粉末；球磨时将球磨珠与混合粉末按质量比(10～20)：1放入球磨罐中，球磨珠直径为4～6mm，球磨转速为300～600rpm，球磨时间为8～12h，转速取值较低时可以选择较长的球磨时间。该球磨条件可以最大程度提高产出。

10、优选的，步骤(1)中，氮化硼粉末的粒径为微米级，更进一步优选为1～5μm。

11、优选的，步骤(2)具体包括：取纳米bn粉末装入刚玉坩埚中，后置于马弗炉内，按固定速率升温至预定温度，保温一定时间，后再以固定速率冷却至室温，取出粉末后使用去离子水洗涤数次，干燥后得到纳米bn-oh粉末。本发明采用高温退火引入羟基官能团的方式，产量高操作方便。

12、进一步优选的，预定温度为750～850℃，保温时间为6～10小时。

13、进一步优选的，升温的速率为8～12℃/min；降温的速率为3～5℃/min。

14、优选的，步骤(3)中，为保证多巴胺能够重复包裹在纳米bn-oh粉末表面，纳米bn-oh粉末和盐酸多巴胺的质量比为1：(1.5～2.5)；纳米bn-oh粉末与去离子水的质量比为(0.5～1.5)：1000。

15、优选的，步骤(3)中，为了实现多巴胺在弱碱性溶液中氧化自聚合过程的发生，ph缓冲剂采用三羟甲基氨基甲烷粉末，使混合溶液ph维持约为8～10。

16、优选的，步骤(3)中，水浴温度为50～60℃，水浴搅拌为6～24h。其中，温度稍高一些做出来的样品色泽会更黑，表明多巴胺附着量相对更多。

17、优选的，步骤(3)中，洗涤是水洗2～4次，干燥是在70～80℃下干燥3～5h。

18、第二方面，本发明提供一种上述制备方法制得的多巴胺改性纳米氮化硼。

19、第三方面，本发明提供一种上述多巴胺改性纳米氮化硼作为冷却液添加剂的应用。

20、本发明的有益效果是：

21、本发明针对氮化硼少官能团和化学惰性的特性，通过球磨实现了bn粉末的纳米化，此举扩大了氮化硼的表面积，为后续高温退火引入羟基官能团提供了更优的条件，以此改善氮化硼表面特性，使其更易于与聚合物基材料有良好的结合，其中，引入羟基官能团使得氮化硼活性得到提升，使得聚多巴胺更易于附着于氮化硼表面，这对提升长期稳定性具有显著效果。本发明多巴胺改性纳米氮化硼能够作为冷却液的添加剂使用，多巴胺改性能够改善氮化硼颗粒与冷却液基体的界面相容性，提高氮化硼颗粒在冷却液基体中的分散性、降低界面热阻，从而提高冷却液导热性能。与原始bn作为添加剂的纳米冷却液相比，使用本发明多巴胺改性纳米氮化硼作为添加剂的冷却液导热系数能够提升15.8％-19.9％，且能够明显改善分散稳定性。

技术特征：

1.一种多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体包括：取bn粉末冷冻干燥后，将其与纳米sio2混合均匀后置于球磨罐中，球磨后取出样品，经碱化处理去除sio2后，抽滤、去离子水洗数次，最后冷冻干燥得到纳米bn粉末。

3.根据权利要求2所述的多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，纳米sio2粉末粒径在100nm以内；纳米sio2与bn粉末按质量比为1：(1～2)进行混合，得到混合粉末；球磨时将球磨珠与混合粉末按质量比(10～20)：1放入球磨罐中，球磨珠直径为4～6mm，球磨转速为300～600rpm，球磨时间为8～12h。

4.根据权利要求1所述的多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体包括：取纳米bn粉末装入坩埚中，后置于马弗炉内，按固定速率升温至预定温度，保温一定时间，后再以固定速率冷却至室温，取出粉末后使用去离子水洗涤数次，干燥后得到纳米bn-oh粉末。

5.根据权利要求4所述的多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，预定温度为750～850℃，保温时间为6～10小时。

6.根据权利要求4所述的多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，升温的速率为8～12℃/min；降温的速率为3～5℃/min。

7.根据权利要求1所述的多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，纳米bn-oh粉末和盐酸多巴胺的质量比为1：(1.5～2.5)；纳米bn-oh粉末与水的质量比为(0.5～1.5)：1000；ph缓冲剂采用三羟甲基氨基甲烷粉末，混合溶液的ph值为8～10。

8.根据权利要求1所述的多巴胺改性纳米氮化硼的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，水浴温度为50～60℃，水浴搅拌为6～24h。

9.如权利要求1-8任一项所述制备方法制得的多巴胺改性纳米氮化硼。

10.如权利要求9所述多巴胺改性纳米氮化硼作为冷却液添加剂的应用。

技术总结本发明公开了一种多巴胺改性纳米氮化硼及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)取BN粉末，球磨得到纳米BN粉末；(2)对纳米BN粉末进行高温退火引入羟基官能团，得到纳米BN‑OH粉末；(3)将纳米BN‑OH粉末、盐酸多巴胺、水和pH缓冲剂混合均匀，得到混合溶液，保温反应，反应完成后经过滤、洗涤和干燥得到多巴胺改性纳米氮化硼。本发明能够作为冷却液的添加剂使用，多巴胺改性能够改善氮化硼颗粒与冷却液基体的界面相容性，提高氮化硼颗粒在冷却液基体中的分散性、降低界面热阻，从而提高冷却液导热性能。技术研发人员：喻齐凡,侯献军,马千军受保护的技术使用者：武汉理工大学重庆研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/27