一种含液态金属网络的导热复合水凝胶及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含液态金属网络的导热复合水凝胶及制备方法，将液态金属涂覆在表面含不同图案流道的模版上，将模版置于负压环境中使液态金属充满流道，冷冻使液态金属凝固，获得固相液态金属网络；将高分子水凝胶前驱体溶于水配置高分子水凝胶前驱体水溶液A，将液态金属固相网络置于模具中，浇铸溶液A，冷冻使溶液A凝胶化形成水凝胶，所形成的水凝胶与液态金属固相网络共同形成含液态金属网络的导热复合水凝胶。本发明专利技术的原料简单易得，通过简单的模版冷冻，能够形成液态金属网络，室温下液态金属导热网络可流动，且具有良好的导热性能，经外力作用变形后依然连续有效；水凝胶的高比热容有利于材料先吸收液态金属网络传递的热量再逐渐释放。的热量再逐渐释放。的热量再逐渐释放。

【技术实现步骤摘要】
一种含液态金属网络的导热复合水凝胶及制备方法


[0001]本专利技术属于导热材料
，具体来说涉及一种含液态金属网络的导热复合水凝胶及制备方法。

技术介绍

[0002]随着5G通讯、电子芯片、人工智能等功能的不断增强和集成度的不断提高，器件装备的发热功率和发热密度也越来越高，对器件进行有效的冷却对于保障其安全高效运行及延长其使用寿命至关重要
[1
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3]。调查显示，超过50％的电子设备故障是由过热引起的
[4]。电子器件的使用寿命与其工作温度成指数关系，工作温度提升10～15℃时，电子设备的使用寿命就可减少2倍；元件工作温度降低1℃会导致其故障率降低4％。因此，热管理是当今电子设备的主要关注点。传统的导热材料包括金属、无机陶瓷、石墨等材料。然而金属耐化学腐蚀性差，陶瓷材料加工成本高、抗冲击性差，石墨等材料力学性能差，已无法满足当前工业和科学技术的发展要求。填充高导热填料的高分子复合材料因具有密度小、机械性能优良、加工性能好和热导率高的优点，已成为近年来导热材料领域的发展方向，在能源、通讯、电子等领域具有广阔的应用前景
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7]。
[0003]然而现有导热高分子复合材料的基体多为环氧树脂、硅橡胶等高弹态材料，缺乏柔性，限制了其在智能皮肤、柔性散热体等领域的应用。
[0004]水凝胶是一种以大量水为分散介质且质地柔软的高分子材料，在可穿戴电子领域具有广阔的应用前景
[8]。填充高导热填料后亦可应用于导热领域。聚合物材料导热性能的提升关键在于填料是否在基体内部形成大量连续的通路以及能否稳定存在
[9]。但目前常用的高导热网络多为固体，与水凝胶机械性能不适配。液态金属是一类室温下呈现液态的金属，它同时具有金属的高导热性和液体的流动性
[10]，用液态金属构建高导热网络并浇铸水凝胶形成的导热复合水凝胶导热系数高，柔性好，机械性能优良。
[0005]此外，水凝胶的高比热容结合液态金属网络的高导热性，使热量不仅能在液态金属网络中快速传递，也能先被水凝胶吸收再逐渐释放，避免因局部温度过高损坏器件，对拓展导热复合材料的性能和应用具有重要意义。
[0006]参考文献
[0007][1]Theis T N，Wong H P.The End of Moore
’
s Law：A New Beginning for Information Technology[J].Computing in Science&Engineering，2017，19(2)：41
‑
50.
[0008][2]Schelling P K，Shi L，Goodson K E.Managing heat for electronics.Mater.Today 2005，8，30
‑
35.
[0009][3]Pu S，Fu J，Liao Y，Ge L，Zhou Y，Zhang S，Zhao S，Liu X，Hu X，Liu K，Chen J.Promoting energy efficiency via a selfadaptive evaporative cooling hydrogel.Adv.Mater.2020，32，1907307.
[0010][4]储九荣，张晓辉，徐传骧.导热高分子材料的研究与应用[J].高分子材料科学与工程，2000，16(4)：17
‑
21.
[0011][5]Mamunya YP，Davydenko VV，Pissis P，Lebedev EV.Electrical and thermal conductivity of polymers filled with metal powders.Eur Polym J 2002；38：1887
‑
1897.
[0012][6]Wu Y，Yu Z.Thermal conductivity of in situ epoxy composites filled with Zrb2 particles.Compos Sci Technol 2015；107：61
‑
66.
[0013][7]Hu J，Huang Y，Yao Y，Pan G.Polymer composite with improved thermal conductivity by constructing a hierarchically ordered three
‑
dimensional interconnected network of BN.ACS Appl Mater Interfaces 2017；9(15)：13544
‑
13553.
[0014][8]Z.Chen，D.Zhao，B.Liu，G.Nian，X.Li，J.Yin，S.Qu，W.Yang，Adv.Funct.Mater.2019，29，1900971.
[0015][9]刘少刚，王李波，王晓龙，等.高导热网络聚合物基复合材料的研究进展[J].中国塑料，2019，33(8)：127
‑
135.
[0016][10]Yuji Gao，Hiroki Ota，Ethan W.Schaler，Kevin Chen，Allan Zhao，Wei Gao，Hossain M.Fahad，Yonggang Leng，Anzong Zheng，Furui Xiong，Chuchu Zhang，Li
‑
Chia Tai，Peida Zhao，Ronald S.Fearing，Ali Javey.Advanced Materials.2017，1701985.

技术实现思路

[0017]针对现有高分子复合材料导热率偏低、缺乏柔性的问题，本专利技术的目的在于提供一种含液态金属网络的导热复合水凝胶及制备方法。
[0018]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0019]含液态金属网络的导热复合水凝胶，其特征是：液态金属填充在模版的流道中，低温冷冻形成固相的液态金属网络；低温下向液态金属网络中浇铸凝胶化前的高分子溶液，凝胶化后成为包裹液态金属网络的导热复合水凝胶；室温下液态金属形成可流动的导热网络，导热复合水凝胶经外力作用变形后导热网络保持连续状态。
[0020]含液态金属网络的导热复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0021]1)将液态金属涂覆在表面含流道的模版上，将涂覆有液态金属的模版置于绝对压力为0.1～10KPa的负压环境中处理5～60min，使液态金属进入流道；所述液态金属为室温下呈现液态的金属/合金，可以为镓、镓铟合金或镓铟锡合金；所述模版为液态金属浸润性高的模版，其材质可以为无机硅、不锈钢、有机硅、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述流道为槽宽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含液态金属网络的导热复合水凝胶及制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将液态金属涂覆在表面含流道的模版上，将涂覆有液态金属的模版置于绝对压强为0.1～10KPa的负压环境中处理5～60min，使液态金属进入流道；所述模版流道为槽宽和槽深为100～1000微米的具有不同图案的沟槽，图案可以为一字、平行双一字、平行三一字、十字、井字或螺旋状；2)刮去模版表面多余的液态金属，将模版置于
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50℃温度下1～24h使液态金属凝固，得到固相液态金属；分离液态金属与模版，得到液态金属固相网络；3)将高分子水凝胶前驱体溶于水配置质量分数为1～50％的高分子水凝胶前驱体的水溶液，记为溶液A；将上述溶液A在小于0.1MPa的绝对压强下处理10～60min以除去气泡；4)
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50℃环境下将液态金属固相网络置于模具中，浇铸溶液A，在该温度下冷却处理1～24h使溶液A凝胶化形成水...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦盟盟，霍雅洁，封伟，冯奕钰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：