一种柔性导热复合相变材料及其制备方法

本发明属于相变储热材料，具体涉及一种柔性导热复合相变材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着5g技术和人工智能技术的飞速发展，半导体电子元件的应用越来越广泛，芯片散热问题亟需解决。大量的研究表明，将导热填料与聚合物基体材料共混后，可以制备得到具有一定热导率的导热复合材料，为解决芯片散热的问题提供了一个有效手段。虽然导热复合材料能够实现一定的导热和散热效果，但是它并不具备储热能力，可能无法维持电子器件内部温度场的均匀性和稳定性问题。相变材料具有突出的潜热存储能力，在半导体电子元件热管理中具有一席之地，但是它存在热导率低和潜在的泄露问题。解决相变材料导热性能差和潜在泄露问题是实现其出色导热-散热性能的关键。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种柔性导热复合相变材料及其制备方法，所得的柔性复合相变薄膜包括柔性聚合物基体材料以及均匀分布于柔性聚合物基体材料中的相变材料，柔性复合相变薄膜具有高达35%以上的负载量，并且相变焓在53 j/g以上。

2、本发明的技术方案：

3、一种柔性导热复合相变材料，由若干层柔性复合导热薄膜和若干层柔性复合相变薄膜交替垒叠，层与层之间施加导热胶组合，或者层与层之间通过聚合物自身的交联进行组合，最后通过辊压工艺固定成型而成；所述的柔性复合导热薄膜包括柔性聚合物基体以及分散于所述基体中的导热填料，导热填料在柔性聚合物基体材料中定向排布；所述的柔性复合相变薄膜包括柔性聚合物基体材料以及均匀分布于柔性聚合物基体材料中的相变材料，柔性复合相变薄膜具有高达35%以上的负载量，并且相变焓在53j/g以上。

4、进一步的，所述的若干层柔性复合导热薄膜和若干层柔性复合相变薄膜交替垒叠后的总层数大于或等于2。

5、进一步的，所述的导热填料包括纤维状导热填料、平面导热填料中的一种或者几种，纤维状导热填料包括碳纳米管、碳纤维中的一种或者几种，平面导热填料包括石墨烯、氮化硼中的一种或者几种；所述的相变材料包括石蜡、聚乙二醇、相变多元醇、相变多元酸中的一种或者几种；所述的柔性聚合物基体材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物（eva）、聚二甲基硅氧烷（pdms）、聚氨酯（pu）中的一种或者几种；所述的导热胶包括导热硅橡胶、绝缘导热环氧胶中的一种或者几种。

6、一种柔性导热复合相变材料制备方法，包括以下步骤：

7、1）将导热填料加入到柔性聚合物基体材料中，混合搅拌得到导热填料和聚合物的均相体系，其中导热填料与柔性聚合物基体材料质量比为1:4～1:99；所述的导热填料包括纤维状导热填料、平面导热填料中的一种或者几种；所述的纤维状导热填料包括碳纳米管、碳纤维中的一种或者几种；所述的平面导热填料包括石墨烯、氮化硼中的一种或者几种；所述的柔性聚合物基体包括eva、pdms、pu中的一种或者几种；

8、2）将导热填料和聚合物的均相体系经过涂膜、辊压后进行恒温干燥，得到柔性复合导热薄膜，其中，涂膜厚度为100～5000 μm；

9、3）将相变材料加入到柔性聚合物基体材料中，混合搅拌得到相变材料和聚合物的均相体系，其中，相变材料与柔性聚合物基体材料质量比为1:1～1:99；所述的柔性聚合物基体包括eva、pdms、pu中的一种或者几种；所述的相变材料包括石蜡、聚乙二醇、相变多元醇、相变多元酸中的一种或者几种；

10、4）将相变材料和聚合物的均相体系经过涂膜、辊压后进行恒温干燥，得到复合相变薄膜，其中涂膜厚度为100～5000 μm；

11、5）将若干层复合导热薄膜与若干层复合相变薄膜依次叠加组合，层与层之间施加导热胶组合，或者层与层之间通过聚合物自身的交联进行组合，最后通过辊压工艺固定成型而成，得到所需的柔性导热复合相变材料。

12、进一步的，步骤2）中所述的涂膜速度为2～200 mm/s，辊压速度为2～200 mm/s，辊压时间为1～5 min。

13、进一步的，步骤4）中所述的涂膜速度为2～200 mm/s，辊压速度为2～200 mm/s，辊压时间为1～5 min。

14、进一步的，步骤5）中所述的辊压速度为2～200 mm/s，辊压时间为1～5 min。

15、本发明的有益效果：本发明通过构造一种柔性导热复合相变材料，一方面复合导热薄膜显著提高了相变材料的导热能力，另一方面复合相变材薄膜赋予了复合导热薄膜良好的储热能力。所得的柔性复合相变薄膜包括柔性聚合物基体材料以及均匀分布于柔性聚合物基体材料中的相变材料，柔性复合相变薄膜具有高达35%以上的负载量，并且相变焓在53j/g以上，兼具较高的热导率和较大的相变潜热，同时还具有质地柔软的优势，在电子元件热管理中应用前景广泛。

技术特征：

1. 一种柔性导热复合相变材料，其特征在于：由若干层柔性复合导热薄膜和若干层柔性复合相变薄膜交替垒叠，层与层之间施加导热胶组合，或者层与层之间通过聚合物自身的交联进行组合，最后通过辊压工艺固定成型而成；所述的柔性复合导热薄膜包括柔性聚合物基体以及分散于所述基体中的导热填料，导热填料在柔性聚合物基体材料中定向排布；所述的柔性复合相变薄膜包括柔性聚合物基体材料以及均匀分布于柔性聚合物基体材料中的相变材料，柔性复合相变薄膜具有高达35%以上的负载量，并且相变焓在53 j/g以上。

2.根据权利要求1所述的一种柔性导热复合相变材料，其特征在于：所述的若干层柔性复合导热薄膜和若干层柔性复合相变薄膜交替垒叠后的总层数大于或等于2。

3.根据权利要求1所述的一种柔性导热复合相变材料，其特征在于：所述的导热填料包括纤维状导热填料、平面导热填料中的一种或者几种，纤维状导热填料包括碳纳米管、碳纤维中的一种或者几种，平面导热填料包括石墨烯、氮化硼中的一种或者几种；所述的相变材料包括石蜡、聚乙二醇、相变多元醇、相变多元酸中的一种或者几种；所述的柔性聚合物基体材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物（eva）、聚二甲基硅氧烷（pdms）、聚氨酯（eva）中的一种或者几种；所述的导热胶包括导热硅橡胶、绝缘导热环氧胶中的一种或者几种。

4.一种柔性导热复合相变材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

5. 根据权利要求4所述的一种柔性导热复合相变材料制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的涂膜速度为2～200 mm/s，辊压速度为2～200 mm/s，辊压时间为1～5 min。

6. 根据权利要求4所述的一种柔性导热复合相变材料制备方法，其特征在于：步骤4）中所述的涂膜速度为2～200 mm/s，辊压速度为2～200 mm/s，辊压时间为1～5 min。

7. 根据权利要求4所述的一种柔性导热复合相变材料制备方法，其特征在于：步骤5）中所述的辊压速度为2～200 mm/s，辊压时间为1～5 min。

技术总结本发明公开了一种柔性导热复合相变材料及其制备方法。所述的柔性导热复合相变材料由若干层柔性复合导热薄膜和若干层柔性复合相变薄膜交替垒叠，层与层之间施加导热胶组合，或者层与层之间通过聚合物自身的交联进行组合，最后通过辊压工艺固定成型而成。制备方法：首先以柔性聚合物材料作为基体，将导热填料与柔性聚合物基体材料混合，经过涂膜、辊压后形成导热薄膜；然后以柔性聚合物基体材料作为基体，将相变材料与柔性聚合物基体材料混合，经过涂膜‑辊压后形成复合相变薄膜；再将若干层导热薄膜和复合相变薄膜通过导热胶或者聚合物自身的交联进行组合，最后构成了具有高度取向结构的柔性聚合物基体导热复合相变材料。技术研发人员：何晓祥,李林杰,马颖,罗岳,吴淑英,何志远,李前超受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5