一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料及制备和应用

本发明涉及储能复合材料领域，具体地说，涉及到一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料的制备方法。

背景技术：

1、随着电子器件集成密度和功耗的增加，器件的散热问题已成为阻碍电子器件发展的主要问题之一。器件散热不良，会影响到器件的工作效率和使用寿命。电子器件热管理技术，主要通过加热或冷却的方式对器件的温度进行调节，从而使器件保持温度稳定。

2、电子器件热管理技术主要分为两类：主动冷却和被动冷却。主动冷却是指利用芯片散热器通过冷却介质将热量带走，从而达到控温的目的。主动冷却工作效率高，然而，存在一些固有的问题：体积大，需要额外的能源消耗。因此，被动冷却开始研究并使用在工作系统中。如今，被动冷却大部分使用相变材料，通过材料在发生相变时吸收热量，从而达到冷却电子器件的目的。然而，传统的固液相变材料潜热有限，不能持续冷却电子器件，所以一种新型的脱附控温材料应运而生。

3、脱附控温材料，是一种吸附剂，在吸附水蒸气饱和之后，需要从外界吸收热量释放水蒸气。电子器件的多余热量可以为水蒸气的脱附提供能量，从而使设备产生的热量以蒸发焓的形式消散。本发明提供了一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料用于电子器件的持久热管理。使用离子液体制备的离子凝胶相对于普通的吸附剂，具有良好的粘黏性，可以在无粘黏剂的情况下使用在静态或震动的器件上。此外，氮化硼具有良好的导热性，可以增强热传递，从而进一步提高热管理效果。同时，其良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，防止了离子凝胶热管理过程中的导电漏电风险。这种以离子液体为吸附剂、氮化硼为导热材料的复合材料为高效持久、安全方便的热管理材料的研制提供了一种切实可行的道路，具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明通过复合氮化硼和离子液体凝胶，提供了一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料的制备方法。目的是制备一种绝缘导热的电子器件热管理材料，进一步的目的是提供一种方法制备该产品，以实现高效持久的脱附控温效果。

2、本发明的第一个方面是提供一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料，由氮化硼分散在离子凝胶前驱体，经玻璃棒铺平成膜、冻干后制得。

3、本发明第二个方面是提供一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料的制备方法：

4、具体地，该脱附控温复合材料的制备方法，包括如下步骤：

5、(1)制备离子凝胶前驱体，配制聚乙烯醇(pva)水溶液，将pva粉末加热搅拌溶化在去离子水中形成pva水溶液。然后将一定质量的离子液体加入到pva水溶液中；

6、(2)制备氮化硼离子凝胶前驱体，将氮化硼加入到离子液体pva水溶液中，加热搅拌，直至氮化硼已经完全均匀分散在离子凝胶前驱体中且没有沉聚物产生；

7、(3)制备氮化硼离子凝胶，将氮化硼离子凝胶前驱体倒在玻璃板上，并使用玻璃棒将溶液均匀涂布，涂布后，将材料放置在冰箱的冷冻区中。经过冷冻-冻干，再取出将白色的膜剥离玻璃板，即可制得氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料。

8、所述步骤(1)中pva粉末溶于去离子水中的加热温度为80-90℃，搅拌时间为6h以上

9、所述步骤(1)中pva在水溶液中的浓度为0.05-0.1g/ml

10、所述步骤(1)中离子液体应为具有1-乙基-3-甲基咪唑或1-烯丙基-3-甲基咪唑的阳性基团，醋酸或卤化物作为阴离子的离子液体，包括emimac,emimcl，emimbr，amimac和amimcl的一种或多种，优选地，使用1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐(emimac)。1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐(emimac)，相比于其他同类型的离子液体具有更优良的吸水性，在常温高湿度(85％)下，吸水量可达1.52g/g，且具有较高的脱附热，脱附热可高达2868j/g，可以有效为电子器件提供冷却效果。同时，该离子液体与水可以为pva提供二元溶剂体系，使pva微晶在其中均匀生长。

11、所述步骤(1)中离子液体的质量应占pva、bn和离子液体总质量的40％以下。

12、所述步骤(2)中氮化硼包括微米级氮化硼、纳米级氮化硼、六方氮化硼、六方氮化硼纳米片、立方氮化硼中的一种或几种。氮化硼与pva的质量比为1:1-1:5。

13、所述步骤(2)中搅拌包括机械搅拌和/或磁子搅拌，混合物在60-80℃下搅拌3-4h。

14、所述步骤(3)中氮化硼离子凝胶在玻璃板上的涂布厚度为0.2mm-2mm。

15、所述步骤(3)中冷冻的时间为4h以上，冻干的温度为-60—50℃，冻干的时间为12h以上。

16、本发明制备的氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料，相比于现有的固液相变电子器件控温材料，具有更高的焓值，且具有良好的绝缘导热性和黏附性，不仅可以降低电子器件的漏电短路风险，而且可以适应于不同的器件材料表面，在电子器件热管理领域具有重要意义。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、(1)本发明采用离子液体作为吸附水蒸气的材料。离子液体相比于传统吸附材料，硅胶、沸石等，不仅具有较高的吸水性，同时具有较高的脱附焓。材料经处理，具有良好的柔性、弹性和可拉伸性能。相比于研究广泛的吸附剂，mof、无机水合盐等，具有良好的粘黏性，可以在无粘黏剂的情况下使用在静态或震动的器件上，更适合使用于电子器件热管理。

19、(2)本发明采用了热混合-冷冻冻干的方法制备脱附控温材料，装置易得，方法简单，操作方便，仅两步即可制得产物。

20、(3)本发明采用氮化硼作为导热绝缘材料，原材料易得、价格低廉、加工工艺成熟，具有良好的化学稳定性和热稳定性，提高了材料的热导率，进一步促进了电子器件的散热。同时，氮化硼具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，防止了材料粘贴在电子器件上的漏电和短路风险，保证其应用的安全。

21、(4)本发明制得的脱附控温材料用于电子器件热管理，相比于固液相变材料，水的蒸发具有更高的焓值，持久的冷却效果推动了脱附材料在电子器件温度管理中的应用，具有良好的前景和使用价值。

技术特征：

1.一种氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中pva粉末溶于去离子水中的加热温度为80-90℃，搅拌时间为6h以上，pva在水溶液中的浓度为0.05-0.1g/ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中离子液体应为具有1-乙基-3-甲基咪唑或1-烯丙基-3-甲基咪唑的阳性基团，醋酸或卤化物作为阴离子的离子液体，包括emimac,氯化1-乙基-3-甲基咪唑(emimcl)，1-乙基-3-甲基咪唑溴盐(emimbr)，1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐(amimac)和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(amimcl)的一种或多种，优选地，使用1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐(emimac)；离子液体的质量应占pva、bn和离子液体总质量的40％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中氮化硼包括微米级氮化硼、纳米级氮化硼、六方氮化硼、六方氮化硼纳米片、立方氮化硼中的一种或几种，氮化硼与pva的质量比为1:1-1:5，氮化硼搅拌分散在60-80℃下搅拌0.1-4h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的冷冻-冻干冷冻的时间为4h以上，冻干的温度为-60—50℃，冻干的时间为12h以上，薄膜厚度为0.2mm-2mm。

6.一种权利要求1-5任一所述制备方法制备获得的氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料。

7.根据权利要求1所述的氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料，其特征在于：其中所述复合薄膜是以聚乙烯醇作为基体，亲水性离子液体作为吸水剂，氮化硼作为导热绝缘添加剂制备得到，其中离子液体与水可以为pva提供二元溶剂体系，使pva微晶在其中均匀生长，复合材料吸湿饱和后具有脱附控温的效果。

8.一种权利要求6-7任一所述的氮化硼基水蒸气吸附-脱附控温复合材料在电子器件热管理过程中的应用。

技术总结一种氮化硼基水蒸气吸附‑脱附控温复合材料，其中所述复合薄膜是以聚乙烯醇作为基体，亲水性离子液体作为吸水剂，氮化硼作为导热绝缘添加剂制备而成。制备过程首先将离子液体与聚乙烯醇水溶液混合；然后将氮化硼均匀分散在离子凝胶前驱体溶液中，利用聚乙烯醇微晶在离子液体中的生长，最后通过冷冻‑冻干法制备得到白色柔性薄膜。本发明制备的氮化硼基水蒸气吸附‑脱附控温复合材料，相比于现有的固液相变电子器件控温材料，具有更高的焓值，且具有良好的绝缘导热性和黏附性，不仅可以降低电子器件的漏电短路风险，而且可以适应于不同的器件材料表面，在电子器件热管理领域具有重要意义。技术研发人员：史全,杨铭昭,董宏生,孙克衍,寇艳,邓嘉琳受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18