一种柔性高导热复合定型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，特别涉及通过冷冻干燥、真空浸渍等方法合成可用作热能储存及可穿戴设备热管理的柔性高导热复合定型相变材料的制备方法。

背景技术：

1、随着电子设备集成化程度提高，其发热量日益增加，因此亟需先进的热管理技术实现温度控制及安全防护，尤其是可穿戴电子设备的不断发展和更新，对热管理技术提出了更多挑战，柔性高效的热管理材料研究成为广泛关注的焦点。

2、相变材料在相变过程中可吸收大量热并保持温度相对稳定，因此可作为热管理系统的功能材料实现热能储存与温度控制。但是，该类材料的导热较低，无法迅速吸收产生的热量，因此提高材料的导热性能至关重要。另一方面，相变材料往往具有刚性，极大的限制了可操作性及在复杂界面上的集成，直接影响了热能传输。因此，柔性高导热相变材料的研究具有重要意义，在可穿戴设备的热管理应用中具有广泛的发展前景。

3、本发明以膨胀石墨和聚乙烯醇为原料，通过冷冻干燥制备柔性载体，然后将相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得柔性复合定型相变材料。在产物中，相变材料具有优秀的储热性能、柔性和形状稳定性，同时，该体系导热性能明显提高，表现出优秀的热能储存和温度控制能力，该体系可用于热能转化与储存领域以及柔性电子设备的热管理。

技术实现思路

1、本发明提出了一种以膨胀石墨和聚乙烯醇为原料，通过冷冻干燥得到柔性复合载体，然后相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得柔性复合定型相变材料。

2、合成的柔性复合定型相变材料包括以下步骤：

3、(1)将膨胀石墨与聚乙烯醇水溶液磁力搅拌混合均匀；然后将该混合液通过刮涂及冷冻干燥制备得到柔性载体；

4、(2)将相变材料与(1)中得到的载体混合，置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中，制得柔性复合定型相变材料。

5、进一步地，所述步骤(1)中膨胀石墨和聚乙烯醇的质量比为1：1-5:1(优选范围1：1-4：1)，且当质量比为2：1-3：1时效果最佳。

6、所述步骤(1)膨胀石墨与聚乙烯醇水溶液磁力搅拌时间为5-9h(优选范围6-8h)，且当时间为7-8h时，效果最好。

7、所述步骤(1)聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的质量分数为3％-10％(优选范围3％-8％)，且当质量分数4％-5％时效果最佳。

8、进一步地，所述步骤(1)刮涂得到的膨胀石墨复合膜的厚度为50um-500um(优选范围100um-200um)，且当膜厚度为150-200um时，负载效果最好。

9、所述步骤(1)中的冷冻干燥温度为-20℃--5℃(优选范围-20℃--10℃)，时间为48-72h(优选范围48-60h)；且当，温度为-15℃--10℃，时间为48-55h时，冻干效果最佳。

10、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，相变材料的负载量为50％-90％，且当相变材料为石蜡时负载量更佳。

11、进一步地，所述步骤(2)中真空烘箱的设定温度为80-100℃(优选范围80-90℃)，真空度为0--0.1mpa，且当温度为80-85℃时，效果最佳；

12、所述步骤(2)中真空浸渍的时间为2-5h(优选范围2-4h)，且当时间为3-4h时效果最佳。

13、本发明对于制备条件要求低，操作简便，制得的复合定型相变材料具有优秀的储热性能、柔性和形状稳定性，同时，该体系导热性能明显提高，表现出优秀的热能储存及温度控制能力，该体系可用于热能转化与储存领域以及柔性电子设备的热管理。

14、本发明制得的柔性高导热复合定型相变材料为黑色薄膜，具有良好的柔性，定型效果好，相变焓大，循环性能好，导热性能明显提高等，可以用于热能储存与转化以及柔性电子设备的热管理。

技术特征：

1.一种柔性高导热复合定型相变材料的制备方法，其特征在于具体以下工艺步骤：

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)中膨胀石墨和聚乙烯醇的质量比为1：1-5:1(优选范围1：1-4：1)，且当质量比为2：1--3：1时效果最佳；

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)刮涂得到的膨胀石墨复合膜的厚度为50um-500um(优选范围100um-200um)，且当膜厚度为150-200um时，负载效果最好；

4.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、脂肪醇、脂肪酸中的一种或二种以上，柔性高导热复合定型相变材料中相变材料的负载量为50％-90％，且当相变材料为石蜡时负载量更佳。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中真空烘箱的设定温度为80-100℃(优选范围80-90℃)，真空度为0--0.1mpa，且当温度为80-85℃时，效果最佳；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

8.一种权利要求1-7任一所述的制备方法制备获得的柔性复合定型相变材料。

9.根据权利要求8所述的柔性复合定型相变材料，其特征在于：最终制得的膨胀石墨基复合定型相变材料膜为黑色柔性膜；

10.一种权利要求8或9所述的柔性复合定型相变材料可用于热能转化与储存的相变材料或可穿戴电子设备热管理。

技术总结本发明公开了一种柔性高导热相变材料制备和应用，具体以下工艺步骤：(1)将膨胀石墨和聚乙烯醇水溶液混合成均匀悬浊液；然后将该混合液通过刮涂及冷冻干燥制得柔性膨胀石墨复合载体。(2)将相变材料与(1)中得到的载体混合，置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中，制得柔性高导热复合定型相变材料。本发明制得的柔性高导热复合定型相变材料为黑色薄膜，具有良好的柔性，定型效果好，相变焓大，循环性能好，导热性能明显提高等，可以用于热能储存与转化以及柔性电子设备的热管理。技术研发人员：史全,孙克衍,张馨予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