一种高潜热液态金属相变微胶囊及其制备方法与应用与流程

本发明涉及热管理领域，尤其涉及一种高潜热液态金属相变微胶囊及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着电子科技的发展和电子产品的集成化，电子元件中的热流密度越来越高，对电子元器件的散热要求也越来越高。电子设备中元器件的工作温度过高，会降低仪器设备的寿命和性能。相变微胶囊可以在相变过程中储存或释放大量潜热并填充界面空隙，有效地降低元器件的工作温度，提高仪器设备的稳定性和可靠性，被广泛用于电子器件热管理。

2、中国专利文献cn104449588a公开了一种低熔点金属吸热溶液，所述分散系中分散相为相变微胶囊，分散介质为油、水或酒精。所述相变微胶囊以高分子聚合物为壁材，以低熔点金属为芯材制成。所述低熔点金属具有较高的相变潜热和热导率，该发明低熔点金属吸热溶液可迅速吸收高温物体(液体或固体)的热量，使高温物体可迅速降温，达到所需温度。但该发明的壁材为高分子聚合物，其导热效果极差，严重阻碍了热量传递。

3、目前液态金属微胶囊的制备存在原材料消耗巨大，制备工艺复杂等问题，从而导致液态金属微胶囊生产成本较高，价格昂贵，难以满足广大电子产品的需求。因此，提供一种原料廉价易得、制备工艺简单、低成本且具有优异潜热性能的液态金属微胶囊，具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高潜热液态金属相变微胶囊及其制备方法与应用。本发明制备方法简单，原料廉价易得，原材料消耗少，成本低，可以满足市场需求；所得液态金属相变微胶囊具有优异的潜热性能，能够有效地降低元器件的工作温度，提高仪器设备的稳定性和可靠性。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种高潜热液态金属相变微胶囊，包括如下质量份数的原料制备得到：液态金属：400-600份，成核剂：1-5份，表面活性剂：20-50份，壳材前驱体：30-60份，催化剂：1500-2000份。

4、根据本发明优选的，所述高潜热液态金属相变微胶囊包括如下质量份数的原料制备得到：液态金属：450-550份，成核剂：2-4.2份，表面活性剂：25-40份，壳材前驱体：45-50份，催化剂：1800-1850份。

5、优选的，所述高潜热液态金属相变微胶囊包括如下质量份数的原料制备得到：液态金属：500份，成核剂：2.5份，表面活性剂：30份，壳材前驱体：46份，催化剂：1820份。

6、根据本发明优选的，液态金属为铯、镓、铟或锡中的一种或两种以上的组合。

7、根据本发明优选的，成核剂为铁、铜、二氧化碲、氧化钙或氧化镁中的一种或两种以上的组合。

8、根据本发明优选的，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基氧化胺、盐酸多巴胺或十二烷基硫酸钠中的一种或两种以上的组合。

9、根据本发明优选的，壳材前驱体为原硅酸四乙酯、氢氧化钙、硅酸甲酯或三乙氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。

10、根据本发明优选的，催化剂为氢氧化银、氢氧化钠、碳酸氢钠或质量浓度为20-30％的氨水中的一种或两种以上的组合。

11、上述高潜热液态金属相变微胶囊的制备方法，包括步骤：

12、(1)将液态金属和成核剂搅拌混合均匀，然后逐滴加入至表面活性剂水溶液中，经微粉化得到混合液；

13、(2)将壳材前驱体与催化剂混合均匀得到壳层反应物；

14、(3)将步骤(1)得到的混合液和步骤(2)得到的壳层反应物混合，经反应，然后经过滤、洗涤、干燥得到高潜热液态金属相变微胶囊。

15、根据本发明优选的，步骤(1)中，液态金属和成核剂的搅拌混合是于行星式离心混料机中进行，搅拌混合时间为10-20min，搅拌混合温度为室温，搅拌速率为800-2000r/min。

16、根据本发明优选的，步骤(1)中，表面活性剂水溶液的质量浓度为5-15％。

17、根据本发明优选的，步骤(1)中，微粉化是在超声条件下进行；超声时间为1-2h，超声功率为100-800w，优选超声功率为400-500w，更优选超声功率为400w。

18、根据本发明优选的，步骤(2)中，壳材前驱体与催化剂的混合是于室温下搅拌15-25min，搅拌速率为500-2000r/min。

19、根据本发明优选的，步骤(3)中，反应温度为室温，反应时间为1-2h，反应是在搅拌条件下进行，搅拌速率为800-2000r/min。

20、上述高潜热液态金属相变微胶囊在热管理材料及器件中的应用。

21、本发明的技术特点及有益效果如下：

22、1、本发明制备方法简单，原料廉价易得，原材料消耗少，成本低，可以满足市场需求。

23、2、本发明中选用的液态金属有较大的潜热值，可以在相变过程中吸收大量热量。本发明所选用的壳材料是一种无机材料，与现有的有机壳材料制备的微胶囊相比具有相对较高的热导率，更加有利于热量传递。本发明添加的成核剂，降低了过冷度，使微胶囊相变潜热明显提升，但当添加微量或过量的成核剂时无降低过冷的效果。

24、3、本发明制备方法中，微粉化的超声功率对微胶囊的性能影响巨大，当功率过低时无法有效将液态金属分散成微小液滴，当功率过高时，所得到的液态金属微胶囊粒径过小，储热能力弱。

25、4、本发明微胶囊的无机外壳，能够保护内部液态金属，解决了其易氧化和易泄露的问题，极大降低了液态金属的损耗，降低了成本。本发明液态金属相变微胶囊具有优异的潜热性能，潜热值可达46.7j/g，能够有效地降低元器件的工作温度，提高仪器设备的稳定性和可靠性。

技术特征：

1.一种高潜热液态金属相变微胶囊，其特征在于，包括如下质量份数的原料制备得到：液态金属：400-600份，成核剂：1-5份，表面活性剂：20-50份，壳材前驱体：30-60份，催化剂：1500-2000份。

2.根据权利要求1所述高潜热液态金属相变微胶囊，其特征在于，所述高潜热液态金属相变微胶囊包括如下质量份数的原料制备得到：液态金属：450-550份，成核剂：2-4.2份，表面活性剂：25-40份，壳材前驱体：45-50份，催化剂：1800-1850份。

3.根据权利要求1所述高潜热液态金属相变微胶囊，其特征在于，液态金属为铯、镓、铟或锡中的一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1所述高潜热液态金属相变微胶囊，其特征在于，成核剂为铁、铜、二氧化碲、氧化钙或氧化镁中的一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述高潜热液态金属相变微胶囊，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：

6.如权利要求1-5任意一项所述高潜热液态金属相变微胶囊的制备方法，包括步骤：

7.根据权利要求6所述高潜热液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，液态金属和成核剂的搅拌混合是于行星式离心混料机中进行，搅拌混合时间为10-20min，搅拌混合温度为室温，搅拌速率为800-2000r/min；优选的，步骤(1)中，表面活性剂水溶液的质量浓度为5-15％。

8.根据权利要求6所述高潜热液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，微粉化是在超声条件下进行；超声时间为1-2h，超声功率为100-800w，优选超声功率为400-500w，更优选超声功率为400w。

9.根据权利要求6所述高潜热液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，壳材前驱体与催化剂的混合是于室温下搅拌15-25min，搅拌速率为500-2000r/min；优选的，步骤(3)中，反应温度为室温，反应时间为1-2h，反应是在搅拌条件下进行，搅拌速率为800-2000r/min。

10.如权利要求1-5任意一项所述高潜热液态金属相变微胶囊在热管理材料及器件中的应用。

技术总结本发明提供一种高潜热液态金属相变微胶囊及其制备方法与应用。本发明高潜热液态金属相变微胶囊包括如下质量份数的原料制备得到：液态金属：400‑600份，成核剂：1‑5份，表面活性剂：20‑50份，壳材前驱体：30‑60份，催化剂：1500‑2000份。本发明制备方法简单，原料廉价易得，原材料消耗少，成本低，可以满足市场需求；所得液态金属相变微胶囊具有优异的潜热性能，能够有效地降低元器件的工作温度，提高仪器设备的稳定性和可靠性。技术研发人员：郭瑞强,赵德刚,袁文瑞,崔峥,冯立印,周昊受保护的技术使用者：山东高等技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/11/4