本發(fa)明涉(she)及(ji)相變材(cai)料，特(te)別地(di)，涉(she)及(ji)一種(zhong)具有(you)熱管理功能的非均(jun)勻相交替多層結(jie)構柔性(xing)復合相變片及(ji)其制備方法(fa)和(he)應用。

背景技術：

1、作(zuo)為現代電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)信息技(ji)術發(fa)展的(de)(de)基石(shi)，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)器(qi)件在(zai)物聯(lian)網、大(da)數(shu)據、量(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)信息等(deng)變革性(xing)(xing)(xing)技(ji)術推動(dong)的(de)(de)第四次(ci)工業革命中的(de)(de)重要(yao)(yao)(yao)性(xing)(xing)(xing)不言而喻，不僅支撐著生產(chan)、交通(tong)與智能(neng)(neng)移動(dong)、醫(yi)療輔助等(deng)各個領域(yu)，還廣泛應(ying)用于軍事和(he)數(shu)字(zi)產(chan)業。因(yin)此，對(dui)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)設備(bei)的(de)(de)尺寸(cun)、功(gong)能(neng)(neng)和(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求將越來越高。然(ran)而，在(zai)這種趨勢下，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)器(qi)件的(de)(de)小型化和(he)集成化，會導(dao)致設備(bei)內(nei)部的(de)(de)熱(re)流密度(du)迅(xun)速增加，產(chan)生大(da)量(liang)熱(re)量(liang)，并(bing)在(zai)設備(bei)的(de)(de)界(jie)面處產(chan)生熱(re)應(ying)力。如(ru)果不能(neng)(neng)有(you)效散熱(re)，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)器(qi)件的(de)(de)壽(shou)命將大(da)大(da)縮短，甚至(zhi)發(fa)生自燃，存在(zai)極大(da)的(de)(de)安全隱(yin)患。因(yin)此，有(you)必要(yao)(yao)(yao)設計一種具有(you)高導(dao)熱(re)系數(shu)的(de)(de)綠色熱(re)管理技(ji)術來有(you)效控(kong)制電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)器(qi)件的(de)(de)工作(zuo)溫度(du)，將器(qi)件在(zai)間(jian)歇性(xing)(xing)(xing)運行(xing)階(jie)段的(de)(de)溫度(du)峰值削弱，控(kong)制在(zai)安全工作(zuo)范圍之內(nei)，這對(dui)確保電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)器(qi)件運行(xing)時的(de)(de)可靠性(xing)(xing)(xing)和(he)穩定性(xing)(xing)(xing)至(zhi)關(guan)重要(yao)(yao)(yao)。

2、相變(bian)材料是一(yi)(yi)種能(neng)夠(gou)隨著外界溫度的(de)(de)變(bian)化而改變(bian)自身(shen)物理(li)(li)(li)存在(zai)狀態，并且(qie)能(neng)夠(gou)以(yi)相變(bian)潛熱(re)(re)的(de)(de)模式儲存能(neng)量的(de)(de)物質。憑(ping)借這一(yi)(yi)特性，近年(nian)來，以(yi)相變(bian)材料為關(guan)(guan)鍵核心的(de)(de)潛熱(re)(re)儲熱(re)(re)技術在(zai)建筑(zhu)熱(re)(re)管理(li)(li)(li)領(ling)域受到廣泛關(guan)(guan)注，并取得了一(yi)(yi)定的(de)(de)成果(guo)。然而，研究(jiu)表明，現(xian)有(you)技術中關(guan)(guan)于相變(bian)材料作(zuo)為相變(bian)片在(zai)電子(zi)器件的(de)(de)熱(re)(re)管理(li)(li)(li)方面的(de)(de)應用較少，且(qie)其結構(gou)為較為單(dan)一(yi)(yi)，相變(bian)溫度不能(neng)滿足設備的(de)(de)控溫需(xu)求，與(yu)基體(ti)的(de)(de)嵌合度較低，面對空間狹小的(de)(de)器件無法靈活安裝，對發熱(re)(re)源的(de)(de)峰值溫度削弱效果(guo)不明顯，且(qie)吸收熱(re)(re)量時(shi)間過短，很難推廣應用，所以(yi)急(ji)需(xu)一(yi)(yi)種具(ju)有(you)熱(re)(re)管理(li)(li)(li)功能(neng)的(de)(de)非均勻相交替多(duo)層結構(gou)柔性復合相變(bian)片解決上述問題。

技術實現思路

1、本發(fa)明目的(de)在于提供一(yi)種具(ju)有熱管(guan)理(li)功能的(de)非均勻相(xiang)(xiang)交替多(duo)層結構柔性復合相(xiang)(xiang)變(bian)片及其制備方(fang)法和應用(yong)，以解(jie)決現有技(ji)術中相(xiang)(xiang)變(bian)材料作為柔性復合相(xiang)(xiang)變(bian)片在電子器件的(de)熱管(guan)理(li)方(fang)面應用(yong)有限的(de)技(ji)術問題。

2、為實現(xian)上述目的(de)(de)，本發(fa)明提供了(le)一(yi)種(zhong)具有(you)熱管理功(gong)能(neng)(neng)的(de)(de)非均(jun)勻相交替(ti)多層(ceng)(ceng)結構柔(rou)性復合(he)相變片，其中間層(ceng)(ceng)為相變儲(chu)能(neng)(neng)層(ceng)(ceng)，所述相變儲(chu)能(neng)(neng)層(ceng)(ceng)依次利用石墨(mo)(mo)烯(xi)原膜(mo)、絕緣(yuan)(yuan)(yuan)膜(mo)包裹密封，并且，在絕緣(yuan)(yuan)(yuan)膜(mo)與基體接(jie)觸的(de)(de)一(yi)側設置背膠，其中，絕緣(yuan)(yuan)(yuan)膜(mo)、石墨(mo)(mo)烯(xi)原膜(mo)、相變儲(chu)能(neng)(neng)層(ceng)(ceng)、背膠的(de)(de)質(zhi)量(liang)比為3：5：1：1。

3、優選的，所(suo)述背膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)選自天(tian)然橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)壓敏(min)(min)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)、合成橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)壓敏(min)(min)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)、再生(sheng)橡膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)壓敏(min)(min)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)、熱塑(su)性彈性體壓敏(min)(min)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)、丙(bing)烯酸(suan)酯壓敏(min)(min)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)粘劑中(zhong)的任一種。

4、優(you)選的(de)，所述(shu)石墨烯(xi)原(yuan)膜通(tong)過(guo)包(bao)(bao)邊的(de)方式將相(xiang)變儲能層(ceng)包(bao)(bao)裹密(mi)封，絕緣膜通(tong)過(guo)凝膠化轉(zhuan)變法包(bao)(bao)邊的(de)方式將石墨烯(xi)原(yuan)膜和相(xiang)變儲能層(ceng)包(bao)(bao)裹密(mi)封。

5、優選的(de)，所述(shu)相(xiang)(xiang)變(bian)儲(chu)能層(ceng)是由10層(ceng)0.1～1mm厚(hou)的(de)復(fu)合(he)相(xiang)(xiang)變(bian)材料(liao)單(dan)層(ceng)薄膜依次(ci)堆疊并熱壓成型制成；所述(shu)復(fu)合(he)相(xiang)(xiang)變(bian)材料(liao)單(dan)層(ceng)薄膜是將復(fu)合(he)相(xiang)(xiang)變(bian)材料(liao)與纖維混(hun)合(he)而得(de)。

6、進一步(bu)優選(xuan)的，所述纖(xian)維(wei)選(xuan)自碳纖(xian)維(wei)、芳(fang)綸纖(xian)維(wei)、金屬纖(xian)維(wei)、石墨纖(xian)維(wei)中的任一種或(huo)多種。

7、進一步優(you)選的(de)，所(suo)述(shu)復合相(xiang)(xiang)(xiang)變材料(liao)(liao)是由(you)相(xiang)(xiang)(xiang)變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)tm的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變材料(liao)(liao)組(zu)成，該(gai)相(xiang)(xiang)(xiang)變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)tm被設定(ding)為(wei)其(qi)暴露在環境下使得該(gai)柔性復合相(xiang)(xiang)(xiang)變片所(suo)處的(de)發(fa)熱源，全年的(de)峰值(zhi)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)負(fu)荷最小，并且當發(fa)熱源的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)等于(yu)或(huo)高(gao)(gao)于(yu)相(xiang)(xiang)(xiang)變材料(liao)(liao)的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)tm時(shi)，相(xiang)(xiang)(xiang)變材料(liao)(liao)通過(guo)吸(xi)收熱量(liang)由(you)固相(xiang)(xiang)(xiang)逐漸轉(zhuan)化(hua)為(wei)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)，將溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)峰值(zhi)拉(la)低，以便滿足設備的(de)最高(gao)(gao)耐(nai)溫(wen)(wen)值(zhi)，吸(xi)熱時(shi)間為(wei)10～40min，待溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)降至低谷后(hou)可(ke)以自(zi)行(xing)散熱。

8、進一步優選的(de)，以質(zhi)量(liang)份(fen)計(ji)，所述復合相變材(cai)料(liao)是由以下(xia)原料(liao)混(hun)合制成(cheng)：相變材(cai)料(liao)80～90份(fen)，成(cheng)核劑1～9份(fen)，多孔(kong)吸附基質(zhi)10～20份(fen)。

9、更進一步優選的(de)，所(suo)述相變材料選自(zi)(zi)赤癬糖醇(chun)(chun)、木糖醇(chun)(chun)、d-山(shan)梨糖醇(chun)(chun)、d-甘露醇(chun)(chun)、半乳糖醇(chun)(chun)、石蠟（rt110）、肌(ji)醇(chun)(chun)、醌、高密度聚乙(yi)烯(xi)中(zhong)的(de)任(ren)一種；所(suo)述成核(he)劑選自(zi)(zi)芳酰胺、甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)鈣(gai)、納(na)(na)米(mi)銅、納(na)(na)米(mi)銀、聚苯胺、丙酸(suan)(suan)鈣(gai)、乙(yi)酸(suan)(suan)鈉、乙(yi)酸(suan)(suan)甲(jia)(jia)、草酸(suan)(suan)鈣(gai)、草酸(suan)(suan)鋅、苯甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)鈉、亞(ya)酸(suan)(suan)鈣(gai)、乙(yi)二(er)酸(suan)(suan)鈣(gai)、癸二(er)酸(suan)(suan)鈣(gai)中(zhong)的(de)任(ren)一種；所(suo)述多(duo)孔吸附基(ji)(ji)質為多(duo)孔碳基(ji)(ji)載體，選自(zi)(zi)膨脹石墨或碳納(na)(na)米(mi)管中(zhong)的(de)任(ren)一種。

10、更進(jin)一步優選的(de)，所述相(xiang)變材料(liao)的(de)相(xiang)變溫度(du)tm為90～130℃，焓值(zhi)為200～400j/g，過冷(leng)度(du)小(xiao)于10℃，無相(xiang)分(fen)離。

11、更進一步優選(xuan)的(de)，所(suo)述復(fu)合(he)相變(bian)材料(liao)是通過以下步驟制備得到(dao)的(de)：

12、1）先(xian)利用(yong)物理混合(he)熔融法(fa)，將(jiang)相(xiang)變材料(liao)與成核劑按(an)照(zhao)配(pei)方比例(li)混合(he)，于130～160℃油浴中加熱至(zhi)完(wan)全融化，得到改(gai)性(xing)相(xiang)變材料(liao)；

13、2）然后將(jiang)改性相(xiang)變(bian)材(cai)料(liao)引入多孔吸附(fu)基質中，在130～160℃油浴中加熱，使得改性相(xiang)變(bian)材(cai)料(liao)被膨脹石墨自(zi)然吸附(fu)，期間每隔60min用玻璃(li)棒攪拌一次(ci)，此過程(cheng)重復2～3次(ci)，獲(huo)得復合(he)相(xiang)變(bian)材(cai)料(liao)。

14、優選的，所述石墨烯原膜(mo)是(shi)由單層石墨烯制成，厚度為0.1～0.5mm。

15、優選的，所述(shu)絕緣膜是(shi)將(jiang)纖維素(su)溶液和零(ling)維納米金(jin)剛石(shi)按(an)照(zhao)質(zhi)量(liang)比90～99：1～10混合(he)制成，厚(hou)度為(wei)0.1～1mm，其中(zhong)，纖維素(su)溶液的質(zhi)量(liang)濃度為(wei)5～25%。

16、前述一種具有熱管理功能的(de)非(fei)均勻相交替多層結(jie)構(gou)柔性復合相變片(pian)的(de)制備(bei)方(fang)法，具體步驟如下(xia)：

17、s1.?先將復合(he)相(xiang)變(bian)(bian)材(cai)料與纖維混(hun)合(he)制成復合(he)相(xiang)變(bian)(bian)材(cai)料單層(ceng)薄(bo)膜，接著將復合(he)相(xiang)變(bian)(bian)材(cai)料單層(ceng)薄(bo)膜依次(ci)堆疊并(bing)熱壓成型(xing)，得到相(xiang)變(bian)(bian)儲能層(ceng)；

18、s2.?然后利用石墨烯原膜(mo)通(tong)過雙面(mian)包裹、四邊密封的形(xing)式將相變(bian)儲能層(ceng)完整包圍起(qi)來(lai)，進行2次以上包邊沖切(qie)成(cheng)型；

19、s3.?然后(hou)以有(you)機硅樹脂為(wei)基質，摻入300～400目的pbo粉末20～35份(fen)、300～500目的al粉末30～35份(fen)、500～600目的si粉末10～15份(fen)、sio2粉末15～20份(fen)、二甲苯10～20份(fen)，充(chong)分(fen)混合均勻，攪(jiao)拌1～3h獲得助粘合劑；

20、s4.?最(zui)后利用(yong)絕緣(yuan)膜通過雙面(mian)包裹(guo)、四(si)邊(bian)(bian)密封，且側邊(bian)(bian)4面(mian)均(jun)填(tian)充助粘合劑的形式，將石墨烯原膜、相變儲能層完整包圍起來，進(jin)行2次以(yi)上包邊(bian)(bian)沖切(qie)成型。

21、優(you)選的，步驟s1中，將復合(he)(he)相變材(cai)料與纖維混合(he)(he)后，通(tong)過超聲波分(fen)(fen)散10～30分(fen)(fen)鐘(zhong)，在(zai)80～100℃下熱(re)壓5～10分(fen)(fen)鐘(zhong)，得到復合(he)(he)相變材(cai)料單(dan)層薄(bo)膜(mo)。

22、優(you)選的，步驟s1中，將復合(he)相(xiang)變材料單(dan)層薄膜(mo)依次堆疊(die)，在(zai)80～100℃條(tiao)件下熱壓5～10分(fen)鐘，形成相(xiang)變儲(chu)能層。

23、優選的，步驟s2中，所述石墨烯(xi)原膜是由單層石墨烯(xi)在80～100℃下熱壓5～10分鐘得到(dao)。

24、優選的(de)，步驟s3中(zhong)，所述絕緣膜是通過以(yi)下步驟制備得到(dao)的(de)：

25、s-1.利用(yong)物理(li)混合(he)法，將纖維(wei)素溶液和零(ling)維(wei)納米金剛石按(an)照配方(fang)比(bi)混合(he)，利用(yong)超聲波(bo)在常溫條件下分散30分鐘，得到(dao)混合(he)溶液；

26、s-2.?將混合(he)溶液轉(zhuan)移至均(jun)質機(ji)中(zhong)，在功率(lv)(lv)200?w、頻率(lv)(lv)50?hz、轉(zhuan)速300～23000轉(zhuan)/分的(de)條(tiao)件下攪拌2小(xiao)時；

27、s-3.?密封，并于0～-20℃環境中(zhong)靜置1小(xiao)時，使其形成凝膠。

28、s-4.?將凝膠在70～100℃下(xia)的條件下(xia)熱壓48小時即得。

29、前述一種(zhong)具(ju)有熱管(guan)理功能(neng)的非均勻相交替多層結構(gou)柔性復合相變片在電子器件制備中的應(ying)用。

30、優(you)選的，所述柔(rou)性(xing)復(fu)合(he)(he)相變片可利(li)用背(bei)膠黏貼(tie)的形式將其固(gu)定在基(ji)體上，或(huo)者，將柔(rou)性(xing)復(fu)合(he)(he)相變片填(tian)充至(zhi)銅箔(bo)的空腔中，制成銅箔(bo)柔(rou)性(xing)復(fu)合(he)(he)相變片，兩(liang)端均設置螺桿圓孔，利(li)用螺桿嚙合(he)(he)穿過(guo)固(gu)定螺母將其牢牢固(gu)定在基(ji)體的合(he)(he)適位置，從而實現熱(re)量的有效吸收(shou)和(he)釋放(fang)。

31、本發明具有(you)以下有(you)益效(xiao)果：

32、本發明(ming)提供了(le)一種(zhong)具(ju)有熱管理功能(neng)的(de)(de)非均勻相(xiang)(xiang)交(jiao)替多層(ceng)結(jie)構柔(rou)(rou)性復(fu)合相(xiang)(xiang)變(bian)片(pian)(pian)，其中間層(ceng)為相(xiang)(xiang)變(bian)儲能(neng)層(ceng)，相(xiang)(xiang)變(bian)儲能(neng)層(ceng)依次利(li)(li)用石墨(mo)烯原膜、絕緣膜包裹密封。該柔(rou)(rou)性復(fu)合相(xiang)(xiang)變(bian)片(pian)(pian)以繼(ji)承了(le)金剛(gang)石優良性能(neng)的(de)(de)零維(wei)納米金剛(gang)石為導熱增強(qiang)材(cai)料，纖(xian)維(wei)素(su)作為絕緣增強(qiang)材(cai)料，利(li)(li)用纖(xian)維(wei)素(su)鏈在水凝(ning)膠(jiao)中的(de)(de)可移(yi)動性和(he)(he)纖(xian)維(wei)素(su)鏈之間的(de)(de)氫(qing)鍵改變(bian)纖(xian)維(wei)素(su)凝(ning)膠(jiao)的(de)(de)聚集結(jie)構，構建了(le)一種(zhong)新型纖(xian)維(wei)素(su)塑料，通過熱壓形(xing)(xing)成絕緣膜，將相(xiang)(xiang)變(bian)儲能(neng)層(ceng)包裹密封，為柔(rou)(rou)性復(fu)合相(xiang)(xiang)變(bian)片(pian)(pian)提供良好(hao)的(de)(de)拉(la)伸(shen)強(qiang)度、熱穩定性、生物降解性和(he)(he)可重復(fu)性，同時可以根據控(kong)溫(wen)基體的(de)(de)實際(ji)需(xu)求改變(bian)厚度和(he)(he)寬度進行不同形(xing)(xing)式(shi)的(de)(de)安裝(zhuang)，克服(fu)了(le)傳統控(kong)溫(wen)材(cai)料在不同應用場景使用中存在的(de)(de)弊端(duan)。

33、本(ben)(ben)發明(ming)制(zhi)備方法簡單(dan)、成本(ben)(ben)低廉和(he)原材料(liao)來源廣泛，而且(qie)能夠滿足(zu)電(dian)(dian)子器件(jian)在不同(tong)應(ying)用場景下的控溫需(xu)求，為小型化(hua)和(he)集(ji)成化(hua)系統、電(dian)(dian)力電(dian)(dian)池等(deng)設(she)備因放(fang)熱(re)密度高以及內部空間狹小，散熱(re)效(xiao)(xiao)果不佳的問題提供(gong)一(yi)條(tiao)有效(xiao)(xiao)的解決途(tu)徑。

34、除了(le)上面所描(miao)述(shu)的目的、特(te)征和優點(dian)之(zhi)外，本發明(ming)還有其它的目的、特(te)征和優點(dian)。下(xia)面將參照圖，對本發明(ming)作進一步詳細的說明(ming)。