本發(fā)明涉及材料，具體涉及電纜用導(dǎo)熱填料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、導(dǎo)電電纜在現(xiàn)有新能源領(lǐng)域中使用范圍極廣，隨著新能源技術(shù)的迭代，其對(duì)于導(dǎo)電電纜的散熱性能提出了更高的要求。目前大部分導(dǎo)電電纜中使用的導(dǎo)熱填料多為微米或納米級(jí)的氧化鋁、氮化鋁、氮化硅等陶瓷粉末，但礙于導(dǎo)電電纜的填料填充量上限不能過(guò)高，這類陶瓷粉末的散熱性能始終無(wú)法充分發(fā)揮；而如果在導(dǎo)電電纜中引入高填充量的導(dǎo)熱填料，又可能會(huì)嚴(yán)重削弱產(chǎn)品的力學(xué)性能、電氣性能乃至穩(wěn)定性。

2、mxenes是一種新型的二維納米材料，一般以刻蝕法制備得到，這種材料由幾個(gè)原子層厚度的過(guò)渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物構(gòu)成，其具有高比表面積、高導(dǎo)熱性和高機(jī)械性能的特定，目前主要應(yīng)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域，并且理論上非常適用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)陶瓷粉末用于電纜用散熱填料。然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，mxenes由于會(huì)存在納米片間重堆積現(xiàn)象，或者形成自支撐結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最終在應(yīng)用時(shí)比表面積小或者分散性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)熱效果；而采用刻蝕法制備的mxenes因自身結(jié)構(gòu)及組成的缺陷而導(dǎo)熱性能較差，難以達(dá)到傳統(tǒng)陶瓷粉末的散熱水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，首先將mxenes材料在堿液作用下進(jìn)行聚沉和堿化處理，形成具有特殊結(jié)構(gòu)的改性納米片mxenes材料，隨后在冷凍干燥、退火處理后，所述材料中的官能團(tuán)發(fā)生定向轉(zhuǎn)化，三維多孔結(jié)構(gòu)最終成型，最終所得產(chǎn)品具有極大的散熱面積和高效的熱傳輸路徑，散熱效果優(yōu)異。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將前驅(qū)體材料進(jìn)行刻蝕、清洗、超聲分散、離心處理，得mxenes材料懸濁液；

5、(2)在mxenes懸濁液中加入堿性溶液并攪拌處理至出現(xiàn)絮狀沉淀，靜置，分離固體，洗滌，冷凍干燥，得改性mxenes材料；所述堿性溶液的濃度≥5mol/l；

6、(3)將改性mxenes材料進(jìn)行退火處理，即得所述電纜用導(dǎo)熱填料。

7、本發(fā)明所述電纜用導(dǎo)熱填料與傳統(tǒng)的mxenes材料的制備方法所不同的是，預(yù)先制備出mxenes材料，隨后引入堿性溶液進(jìn)行攪拌和靜置處理，在該過(guò)程中，堿性溶液中的陽(yáng)離子會(huì)通過(guò)靜電作用使得mxenes材料中的納米片結(jié)構(gòu)迅速聚集沉淀，同時(shí)形成特殊的三維多孔結(jié)構(gòu)，為所得產(chǎn)品增加了極大的散熱面積和優(yōu)化了熱量傳輸路徑，同時(shí)氫氧根離子會(huì)在mxenes材料表面發(fā)生官能團(tuán)取代，在經(jīng)過(guò)冷凍干燥及退火處理后，材料表面的氫氧根離子會(huì)轉(zhuǎn)化為含氧基團(tuán)，使得材料的聲子散射概率大幅提升，最終制備的電纜用導(dǎo)熱填料的熱導(dǎo)率顯著提升。

8、如果在產(chǎn)品制備過(guò)程中不進(jìn)行堿性溶液的改性，或者堿性溶液的濃度較低，改性程度較低，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的散熱性無(wú)法得到提升；另一方面，在堿性溶液處理后，如果不進(jìn)行退火處理，產(chǎn)品表面的氫氧根離子較多，其無(wú)法轉(zhuǎn)化為具有增益效果的含氧基團(tuán)，產(chǎn)品的導(dǎo)熱性反而會(huì)有所變差，各階段的處理步驟缺一不可。

9、優(yōu)選地，所述前驅(qū)體材料為ti3alc2、ti2alc、v4alc3、v2alc中的至少一種。

10、優(yōu)選地，所述步驟(1)中刻蝕處理采用刻蝕液浸泡前驅(qū)體材料進(jìn)行，所述刻蝕液包括鹽酸和氟化鋰；

11、更優(yōu)選地，所述浸泡時(shí)待刻蝕液不再產(chǎn)生氣泡后，再在40～50℃下攪拌處理45～50h。

12、更優(yōu)選地，所述刻蝕液為鹽酸和氟化鋰的混合物，所述鹽酸的質(zhì)量濃度為35～40％，所述鹽酸的體積與氟化鋰的質(zhì)量之比為(20～30)ml：1g。

13、采用刻蝕法制備得到的mxenes材料其片層結(jié)構(gòu)中的重堆積以及自支撐程度較低，但其自身的散熱性不佳，本發(fā)明所述方法正是將刻蝕法得到的mxenes材料進(jìn)一步通過(guò)堿浸泡聚沉、冷凍干燥以及退火工藝賦予高散熱性的材料結(jié)構(gòu)以及表面官能團(tuán)，而采用上述優(yōu)選刻蝕工藝得到的材料將其進(jìn)一步改性的效果更好。

14、優(yōu)選地，所述步驟(2)中，mxenes材料懸濁液的濃度為5～8g/l。

15、優(yōu)選地，所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液中的至少一種。

16、更優(yōu)選地，所述堿性溶液的濃度為6～9mol/l。

17、更優(yōu)選地，所述mxenes材料懸濁液與堿性溶液的體積之比為(0.8～1.2)：(0.8～1.2)。

18、當(dāng)采用低濃度的堿性溶液對(duì)mxenes材料進(jìn)行改性時(shí)，其不僅無(wú)法優(yōu)化mxenes材料的結(jié)構(gòu)及表面官能團(tuán)，甚至還會(huì)在一定程度上因氧化作用而破壞mxenes材料的結(jié)構(gòu)，而選擇上述優(yōu)選范圍下的高濃度堿性溶液進(jìn)行改性時(shí)，由于其本身溶液中的溶氧度低，并且會(huì)對(duì)mxenes材料存在鈍化作用，因此可在優(yōu)化結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的同時(shí)保障結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生損壞。

19、優(yōu)選地，所述步驟(2)中，靜置時(shí)的時(shí)間為8～12h。

20、在絮狀沉淀生成后，所得材料進(jìn)一步靜置在堿性溶液當(dāng)中進(jìn)行堿化處理，mxenes材料表面的氟基團(tuán)被取代為氫氧根基團(tuán)，同時(shí)所述過(guò)程中mxenes材料的結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞，三維多孔結(jié)構(gòu)逐漸形成。

21、優(yōu)選地，所述步驟(3)中退火處理時(shí)在惰性氣氛下進(jìn)行。

22、更優(yōu)選地，所述退火處理時(shí)的溫度為300～400℃，時(shí)間為8～12h。

23、采用上述優(yōu)選條件范圍下的退火工藝可以更有效將原本mxenes材料表面的-f基團(tuán)和-oh基團(tuán)轉(zhuǎn)化為-o基團(tuán)，提升產(chǎn)品的導(dǎo)熱率，同時(shí)材料結(jié)構(gòu)分散性更好，整體散熱效果更優(yōu)。

24、本發(fā)明的另一目的在于提供所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法制備得到的電纜用導(dǎo)熱填料。

25、本發(fā)明的再一目的在于提供一種導(dǎo)電電纜，包括本發(fā)明所述電纜用導(dǎo)熱填料。

26、優(yōu)選地，所述導(dǎo)電電纜包括光伏電纜、ev充電電纜。

27、本發(fā)明所述電纜用導(dǎo)熱填料基于其特殊的三維多孔結(jié)構(gòu)以及表面官能團(tuán)的設(shè)置，在散熱方面具有理想表現(xiàn)，含有該產(chǎn)品的樣本在180℃持續(xù)加熱1h后，樣本的溫度可維持在70℃以內(nèi)，散熱效果優(yōu)異，同時(shí)其本質(zhì)屬于改性的mxenes材料，比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)陶瓷粉末，因此非常適用于各類對(duì)于散熱性能有較高要求，但填料填充量不能過(guò)高的導(dǎo)電電纜當(dāng)中。

28、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供了一種電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，首先將mxenes材料在堿液作用下進(jìn)行聚沉和堿化處理，形成具有特殊結(jié)構(gòu)的改性納米片mxenes材料，隨后在冷凍干燥、退火處理后，所述材料中的官能團(tuán)發(fā)生定向轉(zhuǎn)化，三維多孔結(jié)構(gòu)最終成型，最終所得產(chǎn)品具有極大的散熱面積和高效的熱傳輸路徑，散熱效果優(yōu)異。

技術(shù)特征：

1.一種電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體材料為ti3alc2、ti2alc、v4alc3、v2alc中的至少一種。

3.如權(quán)利要求1所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中刻蝕處理采用刻蝕液浸泡前驅(qū)體材料進(jìn)行，所述刻蝕液包括鹽酸和氟化鋰；優(yōu)選地，所述刻蝕液為鹽酸和氟化鋰的混合物，所述鹽酸的質(zhì)量濃度為35～40％，所述鹽酸的體積與氟化鋰的質(zhì)量之比為(20～30)ml：1g。

4.如權(quán)利要求1所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，所述(1)中，所述mxenes材料懸濁液的濃度為5～8g/l。

5.如權(quán)利要求1所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液中的至少一種；優(yōu)選地，所述堿性溶液的濃度為6～9mol/l。

6.如權(quán)利要求1所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，所述mxenes材料懸濁液與堿性溶液的體積之比為(0.8～1.2)：(0.8～1.2)。

7.如權(quán)利要求1所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，靜置時(shí)的時(shí)間為8～12h。

8.如權(quán)利要求1所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中退火處理時(shí)在惰性氣氛下進(jìn)行；優(yōu)選地，所述退火處理時(shí)的溫度為300～400℃，時(shí)間為8～12h。

9.如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述電纜用導(dǎo)熱填料的制備方法制備得到的電纜用導(dǎo)熱填料。

10.一種導(dǎo)電電纜，其特征在于，包括權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述電纜用導(dǎo)熱填料；優(yōu)選地，所述導(dǎo)電電纜包括光伏電纜、ev充電電纜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電纜用導(dǎo)熱填料及其制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明所述制備方法首先將MXenes材料在堿液作用下進(jìn)行聚沉和堿化處理，形成具有特殊結(jié)構(gòu)的改性納米片MXenes材料，隨后在冷凍干燥、退火處理后，所述材料中的官能團(tuán)發(fā)生定向轉(zhuǎn)化，三維多孔結(jié)構(gòu)最終成型，最終所得產(chǎn)品具有極大的散熱面積和高效的熱傳輸路徑，散熱效果優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：劉旭東,王陽(yáng),王欣龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西銅業(yè)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2