一种导热相变复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及相变材料，具体涉及一种导热相变复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、相变材料是一种能够在一定温度区间吸收或者释放热量的物质，具有良好的温度调节性能。通过和导热材料结合使用，能够应用到储能，热管理以及电子冷却领域。

2、热界面材料是作为热源(电子发热器件)与散热器(散热片或散热底座)之间降低空气间隙和增加热传导的材料。由于空气热阻的存在会显著降低热传导效率。热界面材料能够有效填充这些空气间隙，为热量传输提供良好的低热阻路径，提升电子器件的性能。

3、为了应对电子器件热管理过程中快速升温产生的热冲击，目前已提出了一系列关于导热相变复合材料的制备方法和应用。但由于相变材料具有较低的热导率，在实际应用中会受到热传效率低的限制。另外，传统的冷冻干燥技术制备相变材料，通过毛细孔作用力吸附熔融相变材料，但该材料难以承受较高的压力，无法应用到热界面材料。

4、因此，有必要提供一种导热相变复合材料及其制备方法和应用，解决相变材料的封装泄露的问题，同时提升热传导效率，加速热能在相变材料内部的传递，实现更高效的热能存储和释放。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一，为此本发明提出一种导热相变复合材料及其制备方法和应用，解决相变材料的封装泄露的问题，同时提升热传导效率，加速热能在相变材料内部的传递，实现更高效的热能存储和释放。

2、本发明的第一方面提供一种导热相变复合材料。

3、具体的，所述导热相变复合材料包括相变层和导热层；

4、所述导热层在外部包覆相变层；

5、所述相变层包括多孔导热网络结构和相变材料；

6、所述导热层包括导热填料和聚合物基体；

7、所述聚合物基体包括聚丙烯腈、聚氨酯、聚乳酸中至少一种。

8、优选的，所述相变材料通过熔融吸附到多孔导热网络结构当中。

9、优选的，所述相变材料的原料包括聚乙二醇、石蜡中的任意一种。

10、优选的，所述石蜡的熔点为52～54℃；相变焓为180～250j/g，密度为0.80～0.85g/cm3。

11、优选的，所述聚乙二醇的分子量为2000～8000，熔点为50～60℃，相变焓值为140～175j/g，密度为1.14～1.15g/cm3。

12、优选的，所述导热填料包括氮化硼纳米片、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。

13、优选的，所述导热填料氮化硼的含量为导热层的10～30wt％。

14、优选的，所述多孔导热网络结构的原料包括聚乙烯醇、纳米纤维素、氮化硼纳米片中的至少一种。

15、优选的，所述聚乙烯醇、纳米纤维素和氮化硼纳米片的质量比为5～15：1：5～15。

16、进一步优选的，所述聚乙烯醇、纳米纤维素和氮化硼纳米片的质量比为10：1：10。

17、本发明的第二方面提供一种导热相变复合材料的制备方法。

18、具体的，包括以下步骤：

19、取制备多孔导热网络结构的原料组分混合分散，干燥，获得多孔导热网络结构；

20、将相变材料的原料加热熔融后填充到多孔导热网络结构中，制得相变层；

21、将聚合物基体和导热填料溶解在溶剂中，超声分散后再进行搅拌，制得静电纺丝前体溶液；

22、将静电纺丝前体溶液在相变层的表面上进行静电纺丝，制得导热相变复合材料。

23、优选的，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、丙酮中至少一种。

24、第二方面所制备的导热相变复合材料作为热界面材料，在5～10kpa的外力下不泄露。

25、本发明的第三方面提供一种导热相变复合材料在储能和热管理中的应用。

26、优选的，所述热管理包括电子冷却。

27、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

28、本发明制备的导热相变复合材料能够实现导热相变的效果，外部的导热层可以作为热界面材料进行热传导，中间的相变层通过多孔导热网络结构可以实现快速且均匀的吸热或放热过程，可以减缓热冲击，同时在一定外界压力下不发生相变材料泄露，并可重复使用。实现了相变材料的有效封装，解决了相变材料在热管理体系中的加热加压泄露问题，并和热界面材料实现良好的应用结合。

技术特征：

1.一种导热相变复合材料，其特征在于，所述导热相变复合材料包括相变层和导热层；

2.根据权利要求1所述的导热相变复合材料，其特征在于，所述相变材料的原料包括聚乙二醇、石蜡中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的导热相变复合材料，其特征在于，所述石蜡的熔点为52～54℃，相变焓为180～250j/g，密度为0.80～0.85g/cm3。

4.根据权利要求2所述的导热相变复合材料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为2000～8000，熔点为50～60℃，相变焓值为140～175j/g，密度为1.14～1.15g/cm3。

5.根据权利要求1所述的导热相变复合材料，其特征在于，所述导热层的导热填料包括氮化硼纳米片、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的导热相变复合材料，其特征在于，所述氮化硼纳米片的含量为导热层的10～30wt％。

7.根据权利要求1所述的导热相变复合材料，其特征在于，所述多孔导热网络结构的原料包括聚乙烯醇、纳米纤维素、氮化硼纳米片中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的导热相变复合材料，其特征在于，所述聚乙烯醇、纳米纤维素和氮化硼纳米片的质量比为5～15：1：5～15。

9.如权利要求1至8中任一项所述的导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求1至8中任一项所述的导热相变复合材料在储能和热管理中的应用。

技术总结本发明涉及相变材料技术领域，具体公开了一种导热相变复合材料及其制备方法和应用。导热相变复合材料包括相变层和导热层；导热层在外部包覆所述相变层；相变层包括多孔导热网络结构和相变材料；导热层包括导热填料、聚合物基体；聚合物基体包括聚丙烯腈、聚氨酯、聚乳酸中至少一种。本发明制备的导热相变复合材料能够实现导热相变的效果，外部的导热层可以作为热界面材料进行热传导，中间的相变层通过多孔导热网络结构可以实现快速的吸热或放热过程，可以减缓热冲击，同时在一定外界压力下不发生相变材料泄露，并可重复使用。实现了相变材料的有效封装，解决了相变材料在热管理体系中的加热加压泄露问题，并和热界面材料实现良好的应用结合。技术研发人员：孙大陟,杜清源,孙浩洋,李丹丹受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20