一种多孔碳复合相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔碳复合相变材料及其制备方法，多孔碳复合相变材料包括由多孔酚醛树脂支架碳化得到的多孔碳支架、设置在多孔碳支架上的石墨烯类涂层、设置在多孔碳支架上的相变材料；该材料的接触热阻低、导热性能高、使用安全性好。

A Porous Carbon Composite Phase Change Material and Its Preparation Method

The invention discloses a porous carbon composite phase change material and a preparation method. The porous carbon composite phase change material comprises a porous carbon scaffold obtained by carbonization of a porous phenolic resin scaffold, a graphene coating arranged on the porous carbon scaffold, and a phase change material arranged on the porous carbon scaffold; the material has low contact thermal resistance, high thermal conductivity and good use safety.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔碳复合相变材料及其制备方法
本专利技术涉及相变材料
，尤其涉及一种多孔碳复合相变材料及其制备方法。
技术介绍
电子器件产生的热流密度会导致电子器件温度升高，严重降低其运行稳定性和可靠性，带来安全隐患，因此对电子器件的热管理至关重要。相变材料是随着温度变化发生物相转变的材料，在相变过程中吸收或释放潜热且保持温度不变，相变材料能恒温或近似恒温地与外界发生热量交换，从而达到控温的目的，广泛应用于电子器件的热管理。目前相变材料在电子器件热管理应用过程中存在以下问题主要通过泡沫金属/相变材料复合，这种方法虽然都能提高相变材料的导热性能，但由于金属密度较高，明显地增加了相变材料的重量和体积，导致相变焓显著降低，且部分相变材料对金属材料存在严重的腐蚀性，严重影响电子器件使用过程中的安全性。
技术实现思路
本专利技术提供一种多孔碳复合相变材料及其制备方法，具有接触热阻低、导热性能高、使用安全性好的特点。本专利技术一方面提供一种多孔碳复合相变材料，包括由多孔酚醛树脂支架碳化得到的多孔碳支架、设置在多孔碳支架上的石墨烯类涂层、设置在多孔碳支架上的相变材料。在一种可实施方式中，所述多孔碳复合相变材料表面包覆有硅胶薄膜包套。在一种可实施方式中，所述多孔酚醛树脂支架的原料包括90-100质量份的酚醛树脂和小于或等于10质量份的固化剂，所述固化剂为乌洛托品。在一种可实施方式中，所述石墨烯类涂层的原料包括石墨烯复合碳材料、表面活性剂和溶剂。在一种可实施方式中，所述石墨烯复合碳材料由石墨烯材料和碳类材料复合而成；所述石墨烯材料包括单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯中的一种或多种；所述碳类材料包括碳纳米管、石墨、碳纤维、膨胀石墨中的一种或多种；所述表面活性剂包括N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、1，3-二甲基2-咪唑啉酮、2-丙醇、胆酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；所述溶剂为有机溶剂或去离子水。在一种可实施方式中，所述相变材料的原料包括石蜡类材料、羧酸类材料、羧酸脂类材料、多元醇类材料、糖醇类材料、聚醚类材料。在一种可实施方式中，所述石蜡类材料优选为高级脂肪烃、高级脂肪醇、烷烃类石蜡中的任一种或一种以上的混合物；所述石蜡类材料的相变点优选为30-70℃，相变焓优选为100-300J/g；所述羧酸类材料优选为硬脂酸；所述羧酸脂类材料优选为硬脂酸丁酯；所述多元醇类材料优选为新戊二醇；所述糖醇类优选为甘露糖醇；所述聚醚类材料优选为聚乙二醇。本专利技术另一方面提供一种多孔碳复合相变材料的制备方法，包括：将多孔酚醛树脂支架进行加热固化、真空碳化，得到多孔碳支架；将石墨烯复合碳材料、表面活性剂和溶剂混合，得到石墨烯分散液；将所述多孔碳支架浸渍在所述石墨烯分散液中，取出干燥，得到含有石墨烯类涂层增强多孔碳支架；将相变材料熔融成液态，将所述石墨烯类涂层增强多孔碳支架浸入到熔融的所述相变材料中，得到多孔碳复合相变材料。在一种可实施方式中，所述方法还包括，将所述多孔碳复合相变材料浸渍在液态硅胶混合物中，交联固化，形成包覆在所述多孔碳复合相变材料表面的硅胶薄膜包套。在一种可实施方式中，所述将多孔酚醛树脂支架进行加热固化、真空碳化，得到多孔碳支架；具体为：将酚醛树脂粉末通过激光3D打印，在激光作用下固化并粘结成型，打印得到多孔酚醛树脂支架；将所述多孔酚醛树脂支架通过加热进行固化，得到固化的多孔酚醛树脂支架；在加热过程中，升温速度优选为1-10℃/min，固化目标温度优选为150-300℃，固化保温时间优选为1-3h；将所述固化的多孔酚醛树脂支架在真空中进行碳化，得到所述多孔碳支架；在碳化过程中，升温速度优选为1-10℃/min，碳化目标温度优选为800-1200℃，碳化保温时间优选为1-3h。在一种可实施方式中，所述石墨烯复合碳材料、表面活性剂和溶剂混合，得到石墨烯分散液；具体为：将所述石墨烯复合碳材料、所述表面活性剂加入到所述溶剂中，在1000-5000r/min的转速下搅拌1-5h，得到石墨烯分散液；所述石墨烯分散液的含量为0-10wt％。在一种可实施方式中，所述将相变材料熔融成液态，所述相变材料的熔融温度优选为高于相变材料相变点温度20-100℃。本专利技术提供的一种多孔碳复合相变材料及其制备方法，其方法制备过程所需设备简单，制备方便；由本专利技术实施例提供的制备方法制备得到的材料具有接触热阻低、导热性能高、使用安全性好特点。附图说明图1示出了本专利技术实施例一种多孔碳复合相变材料的制备方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例一方面提供一种多孔碳复合相变材料，包括由多孔酚醛树脂支架碳化得到的多孔碳支架、设置在多孔碳支架上的石墨烯类涂层、设置在多孔碳支架上的相变材料。本专利技术实施例的多孔碳复合相变材料中，由多孔碳支架作为载体，用于储存相变材料，在相变材料定形封装时，多孔碳支架利用其具有大比表面积微孔结构的特点，能够作为支撑材料，通过微孔的毛细作用力将液态的相变材料吸入到微孔内，制备得到多孔材料基相变复合材料。由于相变材料被吸附于多孔基体内，当相变材料在微孔内发生固-液相变时，在微观角度上相变材料虽然发生了固-液相变，但是由于毛细管力的作用，液态的相变材料很难从微孔中溢出，所以在宏观上相变材料本身仍能够保持了原有的形状，使材料在相变过程中，具有较好的稳定性。本专利技术实施例在多孔碳支架上设置石墨烯类涂层，石墨烯由碳原子与SP2杂化方式形成的连接的单原子层蜂窝状平面薄膜，具有优异的物理化学性能，其抗拉强度为125GPA，弹性模量为1.1GPA，杨氏模量约为42N/m2。石墨烯的强度是普通钢的100多倍；石墨烯的载流迁移率为15000cm2·V-1·S-1，是锑化铟的2倍；石墨烯的热导率可达5300W·m-1·K-1,是金刚石的3倍。石墨烯还具有高透光性，可透过98％的光。石墨烯作为高性能功能化填料与高分子聚合物复合可提高聚合物的导电、导热、强度、耐热、透光等性能。本专利技术实施例将石墨烯类涂层设置在多孔碳支架上，再通过浸渍使熔融的相变材料渗入到孔隙中得到石墨烯导热增强多孔碳复合相变材料。石墨烯类涂层在多孔碳复合相变材料中形成了连通的导热网络，能够进一步的提高多孔碳复合相变材料的导热性能。基于以上设计，通过本专利技术实施例所提供的多孔碳复合相变材料具有质量轻、高导热、高焓值的特点。在本专利技术实施例中，多孔碳复合相变材料表面包覆有硅胶薄膜包套。本专利技术多孔碳复合相变材料多应用于散热领域，尤其是电子器件的散热，其在使用过程中，多需要与电子器件的表面接触，硅胶包套具有一定的柔韧性、压缩性和粘性，能够填充多孔碳复合相变材料与电子器件之间的缝隙，提高多孔碳复合相变材料与电子发热器件之间的热量传递速率，降低二者的接触热阻。通过在多孔碳复合相变材料表面包覆硅胶薄膜包套，能够对多孔碳复合相变材料进行进一步的封装，利用硅胶的绝缘性和稳定性，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔碳复合相变材料，其特征在于，包括由多孔酚醛树脂支架碳化得到的多孔碳支架、设置在多孔碳支架上的石墨烯类涂层、设置在多孔碳支架上的相变材料。

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳复合相变材料，其特征在于，包括由多孔酚醛树脂支架碳化得到的多孔碳支架、设置在多孔碳支架上的石墨烯类涂层、设置在多孔碳支架上的相变材料。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述多孔碳复合相变材料表面包覆有硅胶薄膜包套。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述多孔酚醛树脂支架的原料包括90-100质量份的酚醛树脂和小于或等于10质量份的固化剂，所述固化剂为乌洛托品。4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述石墨烯类涂层的原料包括石墨烯复合碳材料、表面活性剂和溶剂。5.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，所述石墨烯复合碳材料由石墨烯材料和碳类材料复合而成；所述石墨烯材料包括单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯中的一种或多种；所述碳类材料包括碳纳米管、石墨、碳纤维、膨胀石墨中的一种或多种；所述表面活性剂包括N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、1，3-二甲基2-咪唑啉酮、2-丙醇、胆酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；所述溶剂为有机溶剂或去离子水。6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述相变材料的原料包括石蜡类材料、羧酸类材料、羧酸脂类材料、多元醇类材料、糖醇类材料、聚醚类材料。7.根据权利要求6所述的材料，其特征在于，所述石蜡类材料优选为高级脂肪烃、高级脂肪醇、烷烃类石蜡中的任一种或一种以上的混合物；所述石蜡类材料的相变点优选为30-70℃，相变焓优选为100-300J/g；所述羧酸类材料优选为硬脂酸；所述羧酸脂类材料优选为硬脂酸丁酯；所述多元醇类材料优选为新戊二醇；所述糖醇类优选为甘露糖醇；所述聚醚类材料优选为聚乙二醇。8.一种多孔碳复合相变材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李妙妙，葛翔，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33