一種柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料及其制備方法與用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是一種柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子設(shè)備小型化、高集成化程度的提高，電子設(shè)備散熱問題越來越嚴(yán)重。研究 表面，電子元器件溫度每升高10°c，其壽命降低50%。所以為了防止局部熱量積聚形成熱點， 需要采用高導(dǎo)熱材料迅速把熱點的熱量傳走。同時，為了適應(yīng)電子設(shè)備內(nèi)部狹小而復(fù)雜的 結(jié)構(gòu)，要求高導(dǎo)熱材料具備超薄柔性的特點。比如智能手機中大量采用了柔性高導(dǎo)熱石墨 膜作為均熱材料，取得了良好的效果。然而這種高導(dǎo)熱材料只能轉(zhuǎn)移熱量，而無法吸收或存 儲熱量。
[0003] 相變儲熱材料也被嘗試用于電子設(shè)備散熱，但由于其熱導(dǎo)率低（〈10W/mK)、響應(yīng)時 間慢、相變后易滲漏等特點，嚴(yán)重的阻礙了其在電子設(shè)備中的應(yīng)用，目前為止尚未見大規(guī)模 應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種高熱導(dǎo)率的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，徹底消除 相變儲熱材料熱導(dǎo)率低、響應(yīng)時間慢、相變后易滲漏等問題。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供該復(fù)合材料的制備方法。
[0006] 為達到上述目的之一，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，包括1~40wt%的相變儲熱材料和60~99wt%的高導(dǎo) 熱材料。
[0007] 進一步地，所述相變儲熱材料是三水醋酸鈉、六水氯化鈣、石蠟或脂肪酸。
[0008] 進一步地，所述高導(dǎo)熱材料是石墨稀、碳納米管、類石墨稀、納米石墨片、納米碳纖 維、柔性石墨（即膨脹石墨)和碳纖維中的至少一種。
[0009] 進一步地，所述柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料是將相變儲熱材料微粒均勻分散 于高導(dǎo)熱材料組成的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基體中。
[0010] 進一步地，所述相變儲熱材料微粒的粒徑為0.1~l〇ym。
[0011] 進一步地，所述柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料的厚度為0.01~0.1mm。
[0012] 進一步地，所述柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為20~200W/mK，優(yōu)選的> lOOff/mKo
[0013] 柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料的制備方法，具體是:通過模壓、輥壓、熱壓、真空 模壓、真空灌注、等靜壓、吸附或流延工藝將已分散的相變儲熱材料和高導(dǎo)熱材料復(fù)合成 型。
[0014] 相變儲熱材料在復(fù)合前先分散成微納米級的微粒。
[0015] 柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料可以廣泛用于智能手機、平板電腦、智能可穿戴設(shè) 備、筆記本電腦、智能電視等對結(jié)構(gòu)空間要求苛刻的電子設(shè)備。
[0016] 本發(fā)明具有以下有益效果： 本發(fā)明的復(fù)合材料以具有柔性、優(yōu)異導(dǎo)熱性能(熱導(dǎo)率200~2000W/mK，優(yōu)選的> 1000W/ mK)的高導(dǎo)熱材料所形成的三維立體結(jié)構(gòu)為基體（占60~99wt%)，并復(fù)合相變儲熱材料，所得 復(fù)合材料同時具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和相變儲熱功能，具體而言： 1、相比高導(dǎo)熱材料，柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料具有快速響應(yīng)能力的相變儲熱功 能，從而使得熱量一邊擴散一邊被吸收，可使電子設(shè)備達到更好的降溫效果。
[0017] 2、相比相變儲熱材料，柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料具有極高的熱導(dǎo)率(優(yōu)20~ 200W/mK)，傳熱迅速，能有效傳導(dǎo)/吸收芯片、屏幕等高發(fā)熱元器件的熱量，降低熱點溫度， 延長電子設(shè)備的使用壽命;這與某些以石蠟等相變儲熱材料為基體、熱導(dǎo)率偏低、難以用于 電子設(shè)備散熱的復(fù)合材料完全不同。
[0018] 3、相變儲熱材料作為分散相，以微小顆粒的形式均勻分布在高導(dǎo)熱基體中，其熱 界面的比表面積遠(yuǎn)大于純固體相變儲熱材料，大大加快了相變儲熱成分的響應(yīng)速度，因此 能夠快速響應(yīng)譬如智能手機的游戲、跑分等高功耗場景的散熱需求。
[0019] 4、由于相變儲熱材料微粒被均勻地束縛在高導(dǎo)熱材料組成的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 的基體之中，故相變后無滲漏溢出。
[0020] 5、高導(dǎo)熱材料具有微觀柔性，并能獨立或組合形成宏觀柔性的基體或材料，可提 供良好的機械強度和必不可缺的宏觀柔性，復(fù)合材料具備超薄、柔性的特點，可無損折彎， 故可以直接貼附在譬如智能手機的顯示屏內(nèi)側(cè)、中框、后蓋、屏蔽罩等部位達到及時傳熱和 儲熱的效果。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實施例1的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料的示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例2中噴霧造粒的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明： 實施例1 將40wt%的三水醋酸鈉分散在水溶液中攪拌均勻，之后將60wt%的石墨烯分散于該溶液 中并超聲24h，獲得石墨烯負(fù)載三水醋酸鈉微粒的水溶液。將該溶液烘干并模壓即可制得以 石墨烯為基體的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料(薄膜）。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，1為高導(dǎo)熱材料 形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，2為相變儲熱材料微粒。
[0023] 實施例2 如圖2所示，將20wt%的石蠟通過噴霧造粒的工藝在爐體上部的噴霧造粒區(qū)1形成微納 米的微粒，在爐體下部的吹騰區(qū)3將80wt%的納米石墨片通過氣流吹騰，兩種材料在爐體中 部的負(fù)載區(qū)2相遇，負(fù)載了石蠟微粒的納米石墨片會因重力下沉，最終獲得納米石墨片負(fù)載 石蠟微粒的粉體。將該粉體輥壓成型即可形成以納米石墨片為基體的連續(xù)柔性導(dǎo)熱/儲熱 雙功能復(fù)合材料(薄膜)。
[0024] 實施例3 將33wt%的六水氯化鈣分散在水溶液中攪拌均勻，之后將67wt%的碳納米管分散于該溶 液中并超聲24h，獲得碳納米管負(fù)載六水氯化鈣微粒的水溶液。將該溶液烘干并熱壓即可制 得以碳納米管為基體的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料(薄膜）。
[0025] 實施例4 將10wt%的石錯通過噴霧造粒的工藝在爐體上部的噴霧造粒區(qū)形成微納米的微粒，在 爐體下部的吹騰區(qū)將90wt%的柔性石墨通過氣流吹騰，兩種材料在爐體中部的負(fù)載區(qū)相遇， 負(fù)載了石蠟微粒的柔性石墨因重力下沉至爐體底部，最終獲得柔性石墨負(fù)載石蠟微粒的粉 體。將該粉體經(jīng)真空灌注成型即可形成以柔性石墨為基體的連續(xù)柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù) 合材料(薄膜）。
[0026] 實施例5 將25wt%的脂肪酸類相變儲熱材料分散在無水乙醇溶液中攪拌均勻，之后將75wt%的納 米碳纖維分散于該溶液中并超聲24h，獲得納米碳纖維負(fù)載脂肪酸微粒的乙醇溶液。將該溶 液經(jīng)流延工藝即可制得以納米碳纖維為基體的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料(薄膜）。 [0027] 實施例6 將15wt%的脂肪酸類相變儲熱材料通過噴霧造粒的工藝在爐體上部的噴霧造粒區(qū)形成 微納米的微粒，在爐體下部的吹騰區(qū)將85wt%的由石墨稀、類石墨稀、納米石墨片(質(zhì)量比為 1:3:6 )混合而成的納米炭材料粉體通過氣流吹騰，兩種材料在爐體中部的負(fù)載區(qū)相遇，負(fù) 載了脂肪酸微粒的納米炭材料因重力下沉至爐體底部，最終獲得納米炭材料負(fù)載石蠟微粒 的粉體。將該粉體等靜壓成型即可形成以柔性石墨為基體的連續(xù)柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù) 合材料(薄膜）。
[0028] 實施例7 將lwt%的三水醋酸鈉分散在水溶液中攪拌均勻，之后將99wt%的石墨烯分散于該溶液 中并超聲24h，獲得石墨烯負(fù)載三水醋酸鈉微粒的水溶液。將該溶液抽濾并模壓即可制得以 石墨烯為基體的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料(薄膜）。
[0029] 實施例1~6的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和相變潛熱如下表所示：
由上表可知，本發(fā)明的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能(熱導(dǎo)率20~ 200W/mK)和儲熱性能(相變潛熱30~120J/g)。
[0030] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng) 涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，其特征在于，所述柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合 材料包括1~40wt%的相變儲熱材料和60~99wt%的高導(dǎo)熱材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，其特征在于，所述相變儲熱 材料是三水醋酸鈉、六水氯化鈣、石蠟或脂肪酸。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，其特征在于，所述高導(dǎo)熱材 料是石墨烯、碳納米管、類石墨烯、納米石墨片、納米碳纖維、柔性石墨和碳纖維中的至少一 種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，其特征在于，所述柔性導(dǎo)熱/ 儲熱雙功能復(fù)合材料是將相變儲熱材料微粒均勻分散于高導(dǎo)熱材料組成的三維立體網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)的基體中。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，其特征在于，所述相變儲熱 材料微粒的粒徑為〇. 1~1 Own。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，其特征在于，所述柔性導(dǎo)熱/ 儲熱雙功能復(fù)合材料的厚度為0.01~0.1mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，其特征在于，所述柔性導(dǎo)熱/ 儲熱雙功能復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為20~200W/mK。8. 上述任一項權(quán)利要求所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，通過模壓、輥壓、熱壓、真空模壓、真空灌注、等靜壓、吸附或流延工藝將已分散的相變儲 熱材料和高導(dǎo)熱材料復(fù)合成型。9. 權(quán)利要求1~7任一項所述的柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料在電子設(shè)備中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料，是將相變儲熱材料微粒（1~40wt%）均勻分散于高導(dǎo)熱材料（60~99wt%）組成的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基體中。本發(fā)明還公開了該復(fù)合材料的制備方法和用途。柔性導(dǎo)熱/儲熱雙功能復(fù)合材料具有快速響應(yīng)能力的相變儲熱功能和極高的熱導(dǎo)率（20~200W/mK），傳熱迅速，能有效傳導(dǎo)/吸收芯片、屏幕等高發(fā)熱元器件的熱量，降低熱點溫度，延長電子設(shè)備的使用壽命，還具有無滲漏、高柔性等特點，可以廣泛用于智能手機等對結(jié)構(gòu)空間要求苛刻的電子設(shè)備。
【IPC分類】H05K7/20, C09K5/06, C09K5/14
【公開號】CN105623619
【申請?zhí)枴緾N201610074816
【發(fā)明人】周紹鑫
【申請人】小墨熱管理材料技術(shù)（深圳）有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月2日