一种抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料及其制备方法和应用

本发明属于建筑、室外电子器件热管理，具体涉及一种抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、建筑及室外电子器件(如5g基站等)同时被外界热量和内部热冲击影响，具体地，外界影响因素包括太阳光吸收、环境红外辐射吸收、环境热对流的热量吸收，内部热冲击因素则指器件运行功率增大而产生的高热流密度。建筑及室外电子器件的热管理则需要减少外部热量的吸收，也力求快速散去内部的热流。在这种应用背景中，本发明专利旨在发明满足以上热管理需求的复合材料及其制备方法。

2、面向抗热冲击应用，即器件在运行时由于功率过大，产生的热流密度大，需要及时将热量排出，从而保护器件的正常运行。热冲击在电子器件和建筑中是常见的现象。建筑和室外电子器件的抗热冲击应用，不仅需要将内部的热量散出，还需要将外界的热量，如太阳光、环境的红外辐射、对流热量隔绝。基于抗热冲击应用的背景，公开的专利技术主要有以下两类：

3、一为高导热型：即通过高热导率，将热量从器件的内部传导至外部。如公开号为cn113322037b的发明专利，一种抗热冲击的高导热环氧灌封胶及制备方法，通过层状结构的微米氮化硼相互搭接，易于形成声子传递的导热通道，在满足灌封胶散热要求的前提下还可以有效提升环氧灌封胶的导热性能，从而实现抗热冲击应用。如公开号为cn203690280u的实用新型专利，芯片封装用高导热金属陶瓷复合层状散热模块，将传热好、与芯片贴装的金属陶瓷模块用于抗热冲击应用，使芯片能时刻处在良好的工作温度下。

4、二为相变储热型：即通过相变材料的恒温储热作用，将热量以潜热形式进行存储，可以有效减少器件中的热量积累和温度攀升。如公开号为cn209710555u的实用新型专利，一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，通过相变材料和散热组件的结合，实现逆变器等大功率电子器件在热冲击、热耦合等复杂条件下的温度控制的抗热冲击散热。

5、客观而言，这两种抗热冲击应用的装置或者材料，可以较为有效地处理内部的热冲击，但对于建筑和室外电子器件的抗热冲击应用，其难以将外界的热量进行隔绝。尽管有的技术未进行室外测试，但由其材料和结构特征，其难以做到有效反射太阳光、发射红外线、隔绝对流热量。仅就辐射制冷技术而言，其由于低的散热功率密度(通常小于150w/m2)，难以满足抗热冲击应用的需求，目前公开的技术也尚未出现面向抗热冲击的应用。本发明提供的相变储热-辐射制冷复合材料，不仅可以同时处理内部热流和隔绝外界的热量，且将双功能耦合的技术可以实现更高功率的散热。

6、于技术相似性而言，如公开号为cn114716865a的专利，一种用于全天候热管理的辐射散热相变涂料及其制作方法，其以相变微胶囊耦合粘结剂树脂形成的辐射散热-储热双功能的涂料，在保留原有高太阳光反射率、高大气窗口红外发射率的基础上，附加相变潜热存储寄生的热量，缓冲温度上升。该材料实现阳光底下更好的降温，但由于其相变材料的低负载性和涂料的低热导率，在面向抗热冲击应用时，其难以满足散热功率的需求。相比而言，本发明以全新的材料体系，以高相变材料负载率、高热导率、高反射率、高红外发射率，实现面向抗热冲击应用的相变储热-辐射制冷复合材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料及其制备方法和应用，其以全新的材料体系，以高相变材料负载率、高热导率、高反射率、高红外发射率，实现面向抗热冲击应用的相变储热-辐射制冷复合材料。

2、本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料，所述抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料由相变储热层和辐射制冷层经耦合制得。

4、进一步的，所述相变储热层由导热性强的多孔碳材料封装有机相变材料组成；所述辐射制冷层由聚合物静电纺丝薄膜组成；所述耦合为采用导热双面胶进行贴合。

5、本发明还提供了一种所述的抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将相变材料和多孔碳材料按比例进行固相混合，得到混合物，后将混合物加热并保温，使得液态的相变材料被多孔碳材料完全吸收，后将加热后的混合物冷却至室温，并用压片机对其进行加压成型，即得相变储热层；

7、(2)将聚合物加热搅拌溶解于n,n-二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶剂或去离子水中，将获得的溶液置于注射器，附加电压，进行纺丝成型，制备聚合物静电纺丝薄膜，得到辐射制冷层；

8、(3)将导热双面胶的一侧贴附于由步骤(1)制备的相变储热层的侧面和上表面，接着将步骤(2)制备的辐射制冷层贴附于导热双面胶的另一侧，即得抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料。

9、进一步的，在步骤(1)中，所述相变材料包括脂肪醇、脂肪酸及脂肪胺中的任一种，所述多孔碳材料包括膨胀石墨、碳泡沫及石墨烯海绵中的任一种；所述相变材料和多孔碳材料按比例为按60-90：40-10的质量比。

10、进一步的，在步骤(1)中，所述加热温度为高出相变材料熔点10-20℃，所述保温时间为2h，所述加压成型过程中压强为10-30mpa。

11、进一步的，在步骤(2)中，所述聚合物包括聚氧化乙烯、偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的任一种；所述聚合物的质量分数为10-25％；所述n,n-二甲基乙酰胺和丙酮的体积比为6：4，所述附加电压为附加10-25kv电压。

12、进一步的，在步骤(2)中，所述纺丝成型后，所制备的静电纺丝纤维直径在100～500nm范围，其太阳光反射率大于93％，大气窗口8-13μm发射率大于0.92。

13、本发明还提供了一种所述的抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料在建筑、室外电子器件的热管理中的应用。

14、进一步的，所述热管理为减少外部热量的吸收，同时快速散去内部的热流。

15、本发明有益效果在于：

16、本发明构建的辐射制冷-相变储热双重功效一体化的复合材料，面向建筑、室外电子器件的抗热冲击应用。在低热流密度时，建筑和室外电子器件由于复合材料的辐射制冷的作用，可以实现低于室温的制冷效果；在高热流密度时，通过复合材料的双重功效，即相变材料层的恒温作用和辐射制冷层的散热作用，建筑和电子器件可以实现热量消散，避免热量积累和温度急剧升高，实现抗热冲击性。

技术特征：

1.一种抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料，其特征在于，所述抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料由相变储热层和辐射制冷层经耦合制得。

2.如权利要求1所述的抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料，其特征在于，所述相变储热层由导热性强的多孔碳材料封装有机相变材料组成；所述辐射制冷层由聚合物静电纺丝薄膜组成；所述耦合为采用导热双面胶进行贴合。

3.如权利要求1-2任一项所述的抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述相变材料包括脂肪醇、脂肪酸及脂肪胺中的任一种，所述多孔碳材料包括膨胀石墨、碳泡沫及石墨烯海绵中的任一种；所述相变材料和多孔碳材料按比例为按60-90：40-10的质量比。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述加热温度为高出相变材料熔点10-20℃，所述保温时间为2h，所述加压成型过程中压强为10-30mpa。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述聚合物包括聚氧化乙烯、偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的任一种；所述聚合物的质量分数为10-25％；所述n,n-二甲基乙酰胺和丙酮的体积比为6：4，所述附加电压为附加10-25kv电压。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述纺丝成型后，所制备的静电纺丝纤维直径在100～500nm范围，其太阳光反射率大于93％，大气窗口8-13μm，发射率大于0.92。

8.如权利要求1-2任一项所述的抗热冲击的相变储热-辐射制冷复合材料在建筑、室外电子器件的热管理中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述热管理为减少外部热量的吸收，同时快速散去内部的热流。

技术总结本发明属于建筑、室外电子器件热管理领域，具体涉及一种抗热冲击的相变储热‑辐射制冷复合材料及其制备方法和应用。所述抗热冲击的相变储热‑辐射制冷复合材料由相变储热层和辐射制冷层经耦合制得，所述相变储热层由导热性强的多孔碳材料封装有机相变材料组成；所述辐射制冷层由聚合物静电纺丝薄膜组成；所述耦合为采用导热双面胶进行贴合。所述复合材料在低热流密度时，建筑和室外电子器件由于复合材料的辐射制冷的作用，可以实现低于室温的制冷效果；在高热流密度时，通过复合材料的双重功效，即相变材料层的恒温作用和辐射制冷层的散热作用，建筑和电子器件可以实现热量消散，避免热量积累和温度急剧升高，实现抗热冲击性。技术研发人员：邹如强,覃木林,申正会,贾凯航,韩生会受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18