一种柔性热二极管、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性热二极管、其制备方法及应用。所述柔性热二极管包括具有不同热导率温度系数的第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜彼此热接触，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜形态稳定且相变前后均具有柔性，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的热导率随温度变化呈相反趋势，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的相变温度差值小于10℃；所述第一相变复合薄膜与第二相变复合薄膜的表面润湿性能相反，且界面不相容。相比于传统的热二极管，本发明专利技术提供的柔性热二极管可共形贴附在需要进行热管理的弯曲表面或者不规则表面，拓展了相变薄膜的应用领域，同时提高了热二极管的实用性。提高了热二极管的实用性。提高了热二极管的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性热二极管、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于热管理材料
，具体涉及，一种柔性热二极管、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]热二极管与电子二极管相似，也含有两极，分别为温度输入端和温度输出端。当一极连接热端，另一极连接冷端，其热流量为J
f
，冷、热端位置互换后，热流量为J
r
，如果J
f
与J
r
数值不相等，打破了傅里叶定律，这个现象被称为热整流，此元器件被称为热二极管(见专利CN111895827A)。虽然目前热管理材料可同时具备导热和储能功能(CN111439001A)，但热二极管具备的热整流功能可以更好的控制热传递，在许多领域都有着广泛的应用前景。
[0003]热二极管能够实现热整流，要求两极材料的热导率温度系数不同，最好是热导率随温度变化趋势相反，一极材料在高温态时传热好，低温态时传热差；另一极则在低温态时传热好，高温态时传热差。从而使正、反两个方向上传热不对称，产生热整流。满足以上要求的两极材料是构建热二极管的关键。合金材料、金属氧化物的热导率通常随温度的变化发生改变(Sci.Technol.Adv.Mater.2014,15,064801；Appl.Phys.Lett.2009,95,171905)，可用于制备热二级管，然而，这些材料改变其热导率需要很大的温度区间来实现，其工作温度区间也多为极端温度，无法在实际生产、生活中广泛应用。
[0004]利用相变材料在相转变时吸收或释放大量潜热的特性可对电子元器件进行热管理(CN109449131A)，同时，相变材料在发生相转变过程中热导率发生突变(Adv.Mater.2019,31,1806518)，而且发生转变的温度区间比较窄，因此，选择相变温度接近，热导率随温度变化相反的两种相变材料组装成热二级管，其工作温差小，热整流比大。但是，目前报道的相变热二极管均是将相变材料封装在塑料管，组装成的热二极管都是刚性的(Mater.Horiz.,2015,2,125
‑
129；Adv.Energy Mater.2018,8,1702692)，无法获得柔性，限制了其广泛应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种柔性热二极管、其制备方法及应用，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种柔性热二极管，其包括具有不同的热导率温度系数的第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜彼此热接触，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜形态稳定且相变前后均具有柔性，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的热导率随温度变化呈相反趋势，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的相变温度差值小于10℃；所述第一相变复合薄膜与第二相变复合薄膜的表面润湿性能相反，且界面不相容。
[0008]本专利技术实施例还提供了前述的柔性热二极管的制备方法，其包括：
[0009]使负温度系数相变材料、正温度系数相变材料分别负载到气凝胶薄膜的内部，从而分别制得第一相变复合薄膜、第二相变复合薄膜；
[0010]以及，将所述第一相变复合薄膜、第二相变复合薄膜组装形成所述柔性热二极管。
[0011]本专利技术实施例还提供了前述的柔性热二极管于热管理领域中的用途。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0013](1)本专利技术提供的柔性热二极管具有良好的柔韧性，颠覆了传统热二极管为刚性的传统，同时，所述柔性热二极管工作温差小、热整流比大；
[0014](2)本专利技术提供的柔性热二极管制备方法、组装工艺简单，易于进行规模化生产；
[0015](3)本专利技术提供的柔性热二极管应用前景广泛，可共形贴附在需要进行热管理的弯曲表面或者不规则表面。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0017]图1是本专利技术一典型实施例中所述柔性热二极管的光学照片；
[0018]图2是本专利技术实施例1所获柔性热二极管的结构示意图；
[0019]图3是本专利技术实施例2所获柔性热二极管在拉伸模式下应力
‑
应变曲线图；
[0020]图4a
‑
图4b分别是本专利技术实施例4所获C20/PI相变复合薄膜和PNIPAM/PI相变复合薄膜的热导率随温度变化曲线图；
[0021]图5a
‑
图5b分别是本专利技术实施例5所获C20/Cellulose相变复合薄膜和PNIPAM/Cellulose相变复合薄膜的疏水角照片；
[0022]图6是本专利技术实施例9所获柔性热二极管正、反两方向的热流量随温差的变化曲线图；
[0023]图7是本专利技术实施例10所获柔性热二极管的热整流比示意图；
[0024]图8是本专利技术实施例11中柔性热二极管的应用示意图。
具体实施方式
[0025]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，相变材料在相变温度附近，较窄的温度区间内热导率会发生较大变化，当筛选出两种相变材料，它们的相变温度接近、热导率温度系数相反，并将它们分别封装在表面润湿性能相反的两种高强度柔性气凝胶薄膜内，由于气凝胶具有超低的热导率，不会对气凝胶/相变复合薄膜的热导率产生显著影响，将获得相变前后均具有柔性、相变温度接近、热导率温度系数相反、表面润湿性能相反的两种柔性相变复合薄膜。再将这两种相变复合薄膜组装成热二极管，此热二极管将具有良好的柔性、较小的工作温差、较优的热整流性能。因此，本专利技术可以共形贴附在需要进行热管理的弯曲表面或者不规则表面，拓展了相变薄膜的应用领域，同时提高了热二极管的实用性。
[0026]下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发
明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术实施例的一个方面提供了一种柔性热二极管，其包括具有不同的热导率温度系数的第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜彼此热接触，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜形态稳定且相变前后均具有柔性，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的热导率随温度变化呈相反趋势，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的相变温度差值小于10℃；所述第一相变复合薄膜与第二相变复合薄膜的表面润湿性能相反，且界面不相容。
[0028]进一步的，所述柔性热二极管工作温差小。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性热二极管，其特征在于包括具有不同的热导率温度系数的第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜彼此热接触，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜形态稳定且相变前后均具有柔性，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的热导率随温度变化呈相反趋势，所述第一相变复合薄膜和第二相变复合薄膜的相变温度差值小于10℃；所述第一相变复合薄膜与第二相变复合薄膜的表面润湿性能相反，且界面不相容。2.根据权利要求1所述的柔性热二极管，其特征在于：所述柔性热二极管的热整流比为1.5～3.0；和/或，所述第一相变复合薄膜由气凝胶薄膜负载负温度系数相变材料获得；优选的，所述第一相变复合薄膜中负温度系数相变材料的负载量为30wt％～98wt％；和/或，所述第二相变复合薄膜由气凝胶薄膜负载正温度系数相变材料获得，优选的，所述第二相变复合薄膜中正温度系数相变材料的负载量为30wt％～98wt％；和/或，所述第一相变复合薄膜的表面与水的接触角为100
°
～180
°
；和/或，所述第二相变复合薄膜的表面与水的接触角为0
°
～80
°
；和/或，所述第一相变复合薄膜与第二相变复合薄膜的厚度比为1:10～10:1。3.根据权利要求2所述的柔性热二极管，其特征在于：所述负温度系数相变材料与所述正温度系数相变材料在相变点的热导率随温度变化呈相反趋势；和/或，所述负温度系数相变材料包括石蜡、十六烷、十八烷、二十烷、聚乙烯中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述正温度系数相变材料包括聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)水溶液和/或二氧化钒；优选的，所述聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)水溶液的浓度为10wt％～50wt％。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：张学同，吕婧，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：