[发明专利]一种纤维素/层状氮化硼高介电纳米复合膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维素/层状氮化硼高介电纳米复合膜及其制备方法。其具有明显的层状结构，由纤维素和均匀地分散在纤维素中的氮化硼纳米片层组成。制备：1)制备氮化硼剥落层分散液；2)制备纤维素/氮化硼复合溶液：将步骤1)所制得的氮化硼剥落层分散液降温至0摄氏度以下，按照氮化硼和纤维素为5:95～15:85的质量比加入纤维素，快速搅拌溶解，离心除杂质，得到纤维素/氮化硼复合溶液；3)将步骤2)所配制的纤维素/氮化硼复合溶液在凝固浴中制膜得到。本发明提供的复合材料具有层状结构，具有很高的介电性能及高导热性(击穿电压达300‑450MVm^‑1，储能密度高达4Jcm^‑3左右，导热性达2Wm^‑1K^‑1左右)，在光电储能材料等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纤维素/层状氮化硼高介电纳米复合膜及其制备方法。

背景技术

目前商业上使用最多的是BOPP膜(双向拉伸聚丙烯膜)，其储能密度大约在2J/cm³，储能密度有待提高；实验室研究制备的PVDF介电膜原料成本过高，制备工艺复杂，并且也不可再生，不能循环利用，这对于本就稀缺的资源是一种较大的浪费，不符合可持续发展。

另外，当前塑料等白色污染日趋严重，也需要开发可再生材料以取代传统石化产品。因此，生物质原料显得越来越重要。纤维素是自然界中储量最为丰富的天然高分子，再生纤维素利用棉花中不被利用的棉短绒，实现资源利用的最大化，而且这种纤维素具有可生物降解、可再生、环境友好，还具有优异的力学性能和良好的透光性等特点，近年来吸引了广泛关注，成为生物质纳米材料研究领域的新兴热点。目前报道的生物材料在介电方面的应用一方面制备工艺复杂，另一方面制备的复合膜介电性能不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供具有高储能密度的纤维素/氮化硼高介电纳米复合膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种纤维素/氮化硼高介电纳米复合膜，具有明显的层状结构，由纤维素和均匀地分散在纤维素中的氮化硼纳米片层组成。

按上述方案，氮化硼纳米片直径在0.8～1.2μm，厚度1-1.5nm。

按上述方案，所述纤维素/氮化硼高介电纳米复合膜中：氮化硼和纤维素的质量比为5:95～15:85。

按上述方案，所述纤维素/氮化硼高介电纳米复合膜由氮化硼剥落层分散液和纤维素在凝固浴中制膜得到。

按上述方案，所述氮化硼为二维层状结构。

本发明还提供上述纤维素/氮化硼高介电纳米复合膜的制备方法，其步骤如下：

1)制备氮化硼剥落层分散液：在尿素或硫脲的氢氧化物水溶液中加入氮化硼，将所得混合液搅拌、分散，制得氮化硼剥落层分散液；

2)制备纤维素/氮化硼复合溶液：将步骤1)所制得的氮化硼剥落层分散液降温至0摄氏度以下，按照氮化硼和纤维素为5:95～15:85的质量比加入纤维素，快速搅拌溶解，离心除杂质，得到纤维素/氮化硼复合溶液；

3)将步骤2)所配制的纤维素/氮化硼复合溶液在凝固浴中制膜得到。

按上述方案，所述的氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化锂。

按上述方案，所述步骤1)中的氮化硼剥落层分散液的浓度在0.2～0.6wt％。

按上述方案，所述尿素或硫脲的氢氧化物水溶液中尿素或硫脲、氢氧化物和去离子水的质量比为12:7:81。