一种热致柔的高导热绝缘相变材料及制备和应用

本发明属于复合定型相变材料领域，特别涉及通过物理混合，相转化法，真空浸渍等方法合成可用于可穿戴电子设备热量管理的热致柔的高导热绝缘相变材料的制备方法。

背景技术：

1、电子产品在实现处理器与电池寿命等性能的优化与提升时，也需要对设备产生的大量累积热量进行高效处理；同时可穿戴电子元件与小型化的便携电子器件的发展，也要求材料具备一定的柔性定型能力。

2、相变材料具有相变过程中可吸收或释放热量而自身温度保持恒定的特性，且相较于显热储能与化学热储能的热能存储方式，能量密度更大且过程可控，因此目前广泛应用在建筑控温、太阳能存储、航空、电池、智能纺织品等领域。由于固液相变材料的储能密度理想，可选择温度范围广，因此大多数研究聚焦在固液相变材料；但这一类材料存在液相转变泄漏的风险，以及有机类固液材料的导热性能差的问题，这些不足使得材料在实际应用中存在热量传导速度慢导致控温材料效能低下。

3、多孔基材与相变材料的复合可有效解决液相泄漏问题，而高导热填料的加入可提高复合材料的导热性能，合适的基材体系与处理方式可以得到具备一定柔性的复合材料。因此，柔性的高导热复合相变材料的研究对于解决相变材料在电子产品领域的实际应用问题很有意义。

4、本发明以高分子聚合物为封装基材，通过物理混合负载导热绝缘填料氮化硼，经过冷冻干燥处理获得多孔聚合物基材；然后将相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得热致柔的高导热绝缘相变材料膜。该复合相变膜相变材料具有较好的储能密度和适合的相转化温度，同时导热性能得到显著提升，热致柔性能可满足其在可穿戴电子设备的热管理应用。

技术实现思路

1、本发明提出了一种高分子聚合物与氮化硼作为原料，然后将其冷冻干燥制成多孔聚合物基材，然后通过真空浸渍法将相变材料进入其中最终制得热致柔的高导热绝缘相变材料。

2、合成热致柔的高导热绝缘相变材料包括以下步骤：

3、(1)将高分子聚合物与有机溶剂按照一定质量分数混合，在一定温度下恒温搅拌一定时间得到粘性溶液；然后按照一定比例加入氮化硼颗粒，在一定温度下恒温搅拌一定时间得到白色粘性液体；在玻璃板上将该液体刮涂成一定厚度的均匀膜状，再缓慢放入水中浸渍一段时间至溶剂被完全置换，最后通过冷冻干燥法得到多孔的聚合物复合膜基材。

4、(2)将相变材料与(1)中的高分子聚合物复合膜基材混合，置于真空烘箱中使相变材料充分进入基材结构中，最后去除掉表面多余的相变材料制得热致柔的高导热绝缘相变材料膜。

5、进一步地，所述步骤(1)中的高分子聚合物的质量分数为2.5-12ωt％。高分子聚合物与氮化硼的质量之比为聚合物：氮化硼＝8:2-1:1.5。

6、进一步地，所述步骤(1)中选用的高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一种或两种以上。

7、进一步地，所述步骤(1)中选用的有机溶剂选择n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、丙酮、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或者两种以上。

8、进一步地，所述步骤(1)中聚合物与有机溶剂形成粘性溶液的温度为35-40℃，恒温搅拌时间为0.5-1.5h。

9、进一步地，所述步骤(1)中添加氮化硼后形成白色粘性液体的温度为35-40℃，恒温搅拌时间为1-3h。

10、进一步地，所述步骤(1)中混合物粘性液体在玻璃板上的刮膜厚度为500-1100μm。

11、进一步地，所述步骤(2)中的相变材料为石蜡、聚乙二醇、脂肪醇、脂肪酸中的一种或二种以上。

12、进一步地，所述步骤(2)中的真空烘箱的设定温度为80-110℃，真空度为-0.1mpa。

13、进一步地，所述步骤(2)中的真空浸渍时间为2-4h。

14、最终制得的白色相变材料薄膜具有较高的导热性，同时具备热致柔的机械性能，另外，相变材料负载量高，具有优秀的控温能力与定型效果。

15、本发明所涉及的制备方法简单，原料环保便宜，操作要求低，制得的复合相变材料可通过热致柔性能实现与设备表面更好的贴合，发挥其高导热、高热能存储的控温功能，实现可穿戴电子设备的绝缘安全热管理。

技术特征：

1.一种热致柔的高导热绝缘相变材料的制备方法，其特征具体在于以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中高分子聚合物的质量分数为2.5-12ωt％之间，优选浓度为5-10ωt％，最优为7.5ωt％；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一种或两种以上；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中搅拌的温度为35-45℃，当搅拌温度在40-45℃时溶解/分散状态最佳；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中将粘性液体刮涂的层状厚度为500-1100μm，当厚度为500-600μm时复合膜机械性能最佳。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的相变材料为石蜡、聚乙二醇(分子量1000-20000)、脂肪醇(碳原子数为14-18)、脂肪酸(碳原子数为14-18)中的一种或二种以上；

7.一种权利要求1-6任一所述的制备方法制得的热致柔的高导热绝缘控温相变材料。

8.一种权利要求7所述相变材料的应用，其特征在于：相变材料产品可用作可穿戴电子设备的热管理领域。

技术总结本发明公开了一种热致柔的高导热绝缘相变材料及制备和应用，具体以下工艺步骤：(1)将高分子聚合物与有机溶剂混合，在加热条件下搅拌得到一定粘性的溶液，然后按照比例加入氮化硼颗粒搅拌形成均匀混合溶液；将该溶液均匀涂覆在玻璃板上，并在水中置换溶剂；再通过冷冻干燥法获得多孔网络结构的聚合物复合膜基材。(2)将相变材料负载在(1)中得到的载体内，制得热致柔的高导热绝缘相变材料膜。本发明制得的热致柔的高导热绝缘相变材料膜为白色薄膜，该体系具备高导热性，同时可利用其热致柔特性发挥高效控温功能，可用于可穿戴电子设备的热管理领域。技术研发人员：史全,张馨予,孙克衍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：2024/6/2