一种相变降温复合材料、其制备方法及其应用技术

本申请提供一种相变降温复合材料、其制备方法及其应用，所述复合材料，由以下重量份的组分组成：吸附组分：40

【技术实现步骤摘要】
一种相变降温复合材料、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于功能复合材料
，具体涉及一种相变降温复合材料、其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]相变材料(简称PCMs)是指在相转变过程中以潜热的形式吸收或释放大量能量的一类储能材料。常见的有机相变材料包括：石蜡，聚乙二醇，硬脂酸等，基于相变材料的相变储能/降温技术作为解决能源供应时间和空间矛盾的有效方法，是改善能源利用率和解决电子设备过热问题的重要途经之一。相变材料已经应用于太阳能系统、节能建筑、智能服饰、热量管理、热回收系统、电力调峰和生物医药等领域。为提高现有相变材料的性能，学者们做了大量的研究工作，开发了多种相变复合材料。例如，穆等通过高密度聚乙烯和石蜡熔融共混的方式制备了柔性的相变材料，其相变焓为89J/g；周等利用聚乙二醇和六亚甲基二异氰酸酯缩二脲合成了聚氨酯型的相变材料，其相变焓为127.3J/g。虽然多种相变材料已被成功制备，相变机理一般是固
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液或固
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固相转变，但其较低的相变焓限制了在高功率器件等领域中的广泛应用，一般在100
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250J/g范围内。因此迫切需要突破现有的相变材料设计理念和思路，开发出高焓值的相变降温复合材料。

技术实现思路

[0003]针对上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种相变降温复合材料、其制备方法及其应用。
[0004]在本申请的一些实施例中，一种相变降温复合材料，由以下重量份的组分组成：
[0005]吸附组分：40/>‑
90％；导热材料：0
‑
30％；支撑材料：2
‑
30％；分散助剂：0.1
‑
2％；
[0006]在本申请的一些实施例中，所述吸附组分包含有机金属骨架材料，沸石分子筛，多孔炭材料，氢键有机骨架，有序介孔材料，蒙脱土，蛭石中的至少一种。
[0007]在本申请的一些实施例中，所述吸附组分的孔隙率为50
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100％，比表面为500
‑
10000m2g
‑1，
[0008]在本申请的一些实施例中，优选具有超高比表面积和孔隙率的有机金属骨架材料。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述有机金属骨架材料包括锌基，铬基，铜基，铁基，铝基，镁基中的至少一种。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述导热材料包含石墨烯，氮化硼，碳化硅，石墨和氧化铝中的至少一种。
[0011]在本申请的一些实施例中，所述支撑材料包含气相法纳米二氧化硅，氧化石墨烯，羟基纤维素，细菌纤维素，水性聚氨酯，聚乙二醇，聚乙烯醇中的至少一种。
[0012]在本申请的一些实施例中，所述分散助剂包含聚乙烯吡咯烷酮，十二烷基磺酸钠，十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和乙二醇单丁醚中的至少一种。
[0013]在本申请的一些实施例中，还提供上述相变复合材料的制备方法：先将支撑材料和分散助剂分散在水中，均匀得混合物；然后加入吸附组分和导热材料，继续均匀混合得混合物；最后，将上述混合物浇注在模具中，通过自然蒸发或加热蒸发去除水分获得最终相变复合材料。此外，也可保留混合物的水分，作为相变降温涂料使用。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述制备方法中，最终混合物保持一种浆料形式，水份质量分数控制在40
‑
70％。
[0015]在本申请的一些实施例中，所述制备方法中，最终混合物的混合工艺采用三辊研磨机进行混合，混合时间为1
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3小时，混合温度为40
‑
60℃。
[0016]在本申请的一些实施例中，还提供上述相变降温复合材料在电子设备的散热器、散热板、散热薄膜、相变降温涂料中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果：本申请人受皮肤出汗降温启发提出了一种吸附
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解吸附型相变降温复合材料，相变复合材料中含有可吸附大量水分的多孔吸附组分，使用前可自发地大量吸附环境中水分，受热后多孔材料中的水分解吸附，通过材料“出汗作用”及吸附
‑
解吸附相转变机理带走大量的热量，进而实现复合材料的整体降温，通过添加特定的合适量的导热材料，显著提高了相变复合材料的导热吸收，提高了相变材料释放能量的速度；通过选择合适的亲水性撑材料，提高了复合材料的支撑强度和吸附能力，通过各组分的合理配比，大幅度提高相变材料的相变焓，为目前传统相变材料的5
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6倍；同时，降温过程中无需外界能量或刺激介入，利用外界水分自发进行；制备方法简单，绿色环保，易于工业化，不需要有机溶剂；
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本申请一些实施例的相变降温复合材料的降温原理示意图；
[0020]图2是本申请实施例1制得的样品1在不同湿度下的相变焓；
[0021]图3是本申请实施例1制得的样品1的表面SEM；
[0022]图4是本申请实施例2制得的样品2的表面SEM；
[0023]其中，1
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相变降温复合材料，2
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吸附组分中微纳空结构的水分子，3
‑
吸附组分，4
‑
含有水分的外界空气。
具体实施方式
[0024]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。
[0025]如图1所示，1为相变降温复合材料，包含吸附组分，导热材料和支撑材料；2为吸附组分中微纳空结构的水分子；3为吸附组分；4是含有水分的外界空气。相变复合材料中含有
可吸附大量水分的多孔吸附组分，使用前可自发地大量吸附环境中水分，受热后多孔材料中的水分解吸附，通过吸附
‑
解吸附相转变机理带走大量的热量，进而实现复合材料的整体降温。
[0026]实施例1：
[0027]一种氧化石墨烯/氮化硼/UIO
‑
66
‑
NH2吸附
‑
解吸附型相变降温复合材料，其制备按照如下步骤进行：
[0028]取0.1g的聚乙烯吡咯烷酮，5g氧化石墨烯加入到20ml去离子水中，在80℃下机械搅拌30分钟，并超声分散30分钟。加入20g UIO
‑
66
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NH2有机金属骨架材料和5g氮化硼，继续机械搅拌30分钟，并利用采用三辊研磨机进行混合，时间为1小时，混合温度为40℃；将浆料置于真空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变降温复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：吸附组分：40
‑
90％；导热材料：0
‑
30％；支撑材料：2
‑
30％；分散助剂：0.1
‑
2％。2.如权利要求1所述的一种相变降温复合材料，其特征在于，所述吸附组分包含有机金属骨架材料，沸石分子筛，多孔炭材料，氢键有机骨架，有序介孔材料，蒙脱土，蛭石中的至少一种；所述吸附组分的孔隙率为50
‑
100％，比表面为500
‑
10000m2g
‑1。3.如权利要求2所述的一种相变降温复合材料，其特征在于，所述吸附组分具有超高比表面积和孔隙率的有机金属骨架材料，所述有机金属骨架材料包括锌基，铬基，铜基，铁基，铝基，镁基中的至少一种。4.如权利要求1所述的一种相变降温复合材料，其特征在于，所述导热材料包含石墨烯，氮化硼，碳化硅，石墨和氧化铝中的至少一种。5.如权利要求1所述的一种相变降温复合材料，其特征在于，所述支撑材料包含气相法纳米二氧化硅，氧化石墨烯，羟基纤维素，细菌纤维素，水性聚氨酯，聚乙二醇，聚乙烯醇中的至少一种。6.如权利要求1所述的一种相变降温复合材料，其特征在于，所述分散助剂包含聚乙烯吡咯烷酮，十二烷基磺酸钠，十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和乙二醇单丁醚中的至少一种。7.如权利要求1
‑
7任一项所述的相变复合材料的制备方法，其特征在于，先将支撑材料和分散助剂分散在水中，均匀得混合物；然后加入吸附组分和导热材料，继续均匀混合得混合物，混合工艺采用三辊研磨机进行混合，混合时间为1

【专利技术属性】
技术研发人员：冯昌平，孙凯印，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：