一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法技术

本发明专利技术涉及一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法，属于相变储能材料技术领域。本发明专利技术将液态金属加入溶剂中，超声处理60～120min得到悬浮液；其中溶剂中含有表面活性剂；将有机络合单体加入到悬浮液中，在温度为15～25℃下搅拌自组装反应18～24h，离心分离，采用去离子水或乙醇洗涤后离心分离固液，固体经真空干燥得到以液态金属颗粒为核，聚合物为壳的聚合物

【技术实现步骤摘要】
一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法


[0001]本专利技术涉及一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法，属于相变储能材料


技术介绍

[0002]随着电子芯片向小型化、高集成度发展，导致其发热量和热流密度越来越大，热障问题日益严峻。尤其是那些具有间歇性或周期性特点的短时高发热大功率电子器件。研究表明，电子芯片温度每升高1℃，其可靠性下降5％，有55％的电子器件是由于缺乏有效的温控措施而导致失效。因此，迫切需要寻找高效的散热措施以提高电子器件运行的可靠性。
[0003]相变储能式热管理技术是指在一定的温度范围内，利用材料在熔化时自身的相态变化，向环境自动吸收或释放潜热，从而起到能量缓冲作用。金属作为相变储能材料具有储能密度大、导热系数高、热循环稳定性好、相变时过冷度小等优点。然而其在相变过程中存在的液固相分离问题，容易导致液相泄露，进而破坏及腐蚀电子器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有金属相变储能材料在相变过程中存在的液固相分离、液相易泄露以及对封装器件密封性要求极高的问题，本专利技术提供一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法，即利用有机络合单体在液态金属颗粒表面自聚合组装，形成聚合物外壳，后将该壳层进行炭化处理，实现对液态金属颗粒的封装目的；有效解决了金属相变材料在相变过程中出现的固液相分离、液相泄露对电子器件的破坏及腐蚀问题。
[0005]一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法，具体步骤如下：
[0006](1)将液态金属加入溶剂中，超声处理60～120min得到悬浮液；其中溶剂中含有表面活性剂；
[0007](2)将有机络合单体加入到悬浮液中，在温度为15～25℃下搅拌反应18～24h，离心分离，采用去离子水或乙醇洗涤后离心分离固液，固体经真空干燥得到以液态金属颗粒为核，聚合物为壳的聚合物
‑
液态金属核壳颗粒；
[0008](3)在氮气氛围下，聚合物
‑
液态金属核壳颗粒匀速升温至温度为600～800℃并保温处理6～8h使聚合物壳体炭化得到炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊。
[0009]所述步骤(1)液态金属为Ga或Ga
‑
A合金，A为In、Sn、Bi、Zn、Al、Hg的一种或多种。
[0010]所述步骤(1)中溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、三氯甲烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，表面活性剂为聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、壳聚糖、葡萄糖的一种或多种。
[0011]所述步骤(1)中悬浮液中液态金属的浓度为10
‑
20mg/mL，表面活性剂浓度为0.05～0.1wt％。
[0012]所述步骤(2)有机络合单体为含有儿茶酚基、硫醇基、酰胺基、羧基等官能团的单体中的一种或多种。
[0013]优选的，所述有机络合单体为盐酸多巴胺、3
‑
巯基丙酸乙酯、1
‑
十二烷基硫醇、3
‑
巯基
‑
N
‑
甲基
‑
丙酰胺或海藻酸盐。
[0014]所述步骤(2)有机络合单体的加入量为步骤(1)液态金属质量的0.2～1倍。
[0015]所述步骤(2)搅拌速度为500
‑
1000r/min，真空干燥温度为40～55℃，离心分离速率为3000～5000r/min。
[0016]所述步骤(3)氮气的通入速率为0.4～0.6L/min。
[0017]本专利技术利用超声和表面活性剂，将液态金属均匀分散在溶剂中，通过液态金属与特定有机络合单体在特定溶剂中发生络合反应，使特定有机络合单体在液态金属颗粒表面发生自聚合，实现对液态金属颗粒的表面改性，形成一层聚合物壳层，并在高温保护气氛下对该聚合物壳层进行炭化处理，实现对液态金属颗粒的有效封装；通过改变壳内液态金属的元素组成及占比，壳外碳壳的厚度可以得到不同体系的合金相变储能材料，用于不同条件下的电子器件热管理。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019](1)本专利技术使用液态金属作为相变储能微胶囊的核，具有单位体积储能密度大、热循环稳定性好、等优点、可有效解决电子器件运行过程中出现的热障问题；
[0020](2)本专利技术将液态金属颗粒作为核封装在碳壳结构中，有效解决了金属相变材料在相变过程中存在的液固相分离、液相泄露对电子器件的破坏及腐蚀问题；
[0021](3)本专利技术通过壳内液态金属的元素组成及占比，壳外碳壳的厚度可以得到不同体系的合金相变储能材料，用于不同条件下的电子器件热管理。
附图说明
[0022]图1为实施例1炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊的TES图；
[0023]图2为实施例1炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊的SEM和EDS图；
[0024]图3为实施例2炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊的TES图；
[0025]图4为实施例2炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊的SEM和EDS图；
[0026]图5为实施例3炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊的TES图；
[0027]图6为实施例3炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊的SEM和EDS图；
[0028]图7为GaInSn合金的DSC曲线；
[0029]图8为GaIn合金的DSC曲线。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0031]实施例1：一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法，具体步骤如下：
[0032](1)将100mg共晶GaInSn合金加入10ml乙醇溶剂中，超声处理60min得到悬浮液；其中乙醇溶剂中含有5mg表面活性剂聚乙烯基吡咯烷酮，悬浮液中共晶GaInSn合金的浓度为10mg/mL；
[0033](2)将与步骤(1)共晶GaInSn合金等质量的有机络合单体(盐酸多巴胺)加入到悬浮液中，在温度为15℃下以600r/min的速率搅拌反应18h，对液态金属颗粒(共晶GaInSn合
金)进行表面修饰；以4000r/min转速离心分离，采用去离子水洗涤三次后以4000r/min转速离心分离固液，固体经温度45℃的真空干燥得到以液态金属颗粒(共晶GaInSn合金)为核，聚合物(聚多巴胺)为壳的聚合物
‑
液态金属核壳颗粒；
[0034](3)将聚合物
‑
液态金属核壳颗粒置于真空管式炉中，通入流速为0.4L/min的高纯氮气，在氮气氛围下，聚合物
‑
液态金属核壳颗粒匀速升温至温度为760℃并保温处理8h使聚合物壳体炭化得到炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊；
[0035]本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温液态金属相变储能微胶囊的方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)将液态金属加入溶剂中，超声处理60～120min得到悬浮液；其中溶剂中含有表面活性剂；(2)将有机络合单体加入到悬浮液中，在温度为15～25℃下搅拌反应18～24h，离心分离，采用去离子水或乙醇洗涤后离心分离固液，固体经真空干燥得到以液态金属颗粒为核，聚合物为壳的聚合物
‑
液态金属核壳颗粒；(3)在氮气氛围下，聚合物
‑
液态金属核壳颗粒匀速升温至温度为600～800℃并保温处理6～8h使聚合物壳体炭化得到炭
‑
液态金属核壳相变储能微胶囊。2.根据权利要求1所述低温液态金属相变储能微胶囊的方法，其特征在于：步骤(1)液态金属为Ga或Ga
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A合金，A为In、Sn、Bi、Zn、Al、Hg的一种或多种。3.根据权利要求1所述低温液态金属相变储能微胶囊的方法，其特征在于：步骤(1)中溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、三氯甲烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，表面活性剂为聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、壳聚糖、葡萄糖的一种或多种。4.根据权利要求1所述低温液态金属相变储能微胶囊...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家乐，段云彪，祝晨，王轩禹，胡梦霖，胡劲，韦文皓，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：