本发明专利技术公开了一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料，包括水合盐和膨胀石墨以及石墨烯膜，其中水合盐占水合盐和膨胀石墨总质量的10～25％，石墨烯膜为水合盐和膨胀石墨总质量的5～20％；所述水合盐为十二水磷酸氢二钠、三水醋酸钠、二水草酸、十二水硫酸铝铵等中的一种或几种按任意比例的混合物。该超大容量化学储热材料，其储热密度可达到1200kJ/kg以上，比相变储热材料可提升1个数量级，相同功率下，重量或体积可以减轻50％以上。重量或体积可以减轻50％以上。
【技术实现步骤摘要】
一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料及超大容量储热式无源散热系统
[0001]本专利技术涉及一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料以及采用该化学储热材料的无源散热系统，属于储热材料领域。
技术介绍
[0002]导弹等武器内部等电子设备，如雷达导引头相控阵雷达、微波对抗器等，面临着严酷等热环境。一方面这些器件产生大量的热，另一方面这些器件产生的热无法与外界进行交换，难以排出去。如果这些热量在电子器件内部积累，造成电子设备超温，会引发器件性能下降，甚至造成硬件故障。因此，针对弹载电子器件，必须设计无外部冷源的散热系统，利用大容量的热沉吸收电子器件产生的热量，维持这些设备温度不超过最佳温度范围(在80～120℃之间)。
[0003]热沉是一种能够吸收器件产生的热量，减缓器件温度上升速率，实现电子器件无源散热的装置。现有的弹载电子器件的冷却系统主要是采用的是金属热沉，通过高导热、高密度的金属铜、金属铝等材料，借助金属显热吸收电子器件的热量，抑制其温度上升。然而，金属的显热小，1kg铜或铝温度从60℃升高至120℃，其吸热量约30kJ。因此，金属热沉重量大。近年来，相变热沉逐渐成为弹载设备的首选。相变热沉类似于冰融化成水的过程，利用材料从固体向液体的转变，吸收热量同时保持温度不变。相变热沉的储热密度远高于金属热沉，在相变过程中，其相变焓可以达到250kJ/kg的量级，加上相变材料自身的显热，其能量密度可以达到金属热沉的8倍以上。相变热沉技术发展推动了弹载热控系统的小型化轻量化。
[0004]然而，随着武器装备的高超声速化，电子器件功率密度快速增长，其发热密度急剧升高，比如相控阵雷达T/R组件的产热密度从30W/cm2向着100W/cm2快速攀升。但是设备进一步小型化的发展趋势却要求热控组件体积、重量进一步减小，相变热沉逐渐无法满足弹载电子设备散热密度的要求。因此，发展具有更高储热密度的储热式无源散热技术是应对武器装备高超声速化发展趋势的重要技术手段。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料，其储热密度可达到1200kJ/kg以上，储热密度比常规的相变储热材料有数倍或者一个数量级的提升；而且，相同功率下，重量或体积较相同密度的相变储热材料可以减少一半以上。
[0006]本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0007]一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料，包括水合盐和膨胀石墨以及石墨烯膜；其中，水合盐占水合盐和膨胀石墨两者总质量的10～25％，石墨烯膜为水合盐和膨胀石墨两者总质量的5～20％。
[0008]按上述方案，所述石墨烯膜的厚度在0.25～0.75mm；所述膨胀石墨的粒度为40
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200目，表观容积一般在250～350mL/g。
[0009]按上述方案，所述水合盐为三水醋酸钠、二水草酸、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、十二水硫酸铝钾、十二水硫酸铝等中的一种或几种按任意比例的混合物。
[0010]上述超大容量化学储热材料的制备方法，具体步骤如下：
[0011](1)按照质量分数计，将水合盐75～90％与膨胀石墨10～25％进行熔融共混，在高于水合盐熔点10～20℃的温度范围机械搅拌1小时以上，得到复合熔体，并静置等待其冷却至室温；
[0012](2)将步骤(1)所述复合熔体中加入厚度不小于0.25mm的石墨烯膜来调节复合熔体的热导率与分解温度，混合均匀后进行压块使其密度为900～1800kg/m3，从而得到用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料。
[0013]按上述方案，步骤(2)中，石墨烯膜的加入量为水合盐和膨胀石墨两者总质量的5～20％。
[0014]按上述方案，步骤(2)中，压块时可按照所需要应用的散热器结构来进行压块，获得适用于相应散热器结构的超大容量化学储热材料。
[0015]按上述方案，所制备的超大容量化学储热材料的密度为900～1800kg/m3，分解温度60～150℃，分解焓500～1200kJ/kg，热导率大于40W/m
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K。
[0016]在上述超大容量化学储热材料基础上，本专利技术还提供一种采用该化学储热材料的超大容量储热式无源散热系统，由壳体和填充于该壳体内部的化学储热材料组成，并且所述壳体设置有排气口，排气口通过布置单向阀控制排气压力在0.025～0.12Mpa范围内，用于向外排出化学储热材料分解产生的水蒸气。
[0017]进一步地，所述壳体的底面为平面；所述壳体的外形为长方体或者正方体、圆柱体等，壳体的材料为铝合金、钛合金、铜等金属材料；化学储热材料填充质量与其本身的分解焓以及芯片的发热功率和工作时长相关，可由具体工况设计。
[0018]上述超大容量储热式无源散热系统在使用时，壳体的底面与弹载电子器件等的发热芯片直接接触即可。芯片的工作过程中产生的热量，通过壳体快速将热量传导至化学储热材料内部，化学储热材料吸收芯片产生的热量，减缓芯片温度上升。当化学储热材料温度达到其分解温度后，利用其巨大的分解焓持续吸收芯片热量，但温度基本保持不变，此时水合物气态分解产物通过排气口向外排出，排气口可与弹载电子器件等设备预先设置的排气口联通，排出至弹舱内或弹舱外。
[0019]上述超大容量储热式无源散热系统在实际应用于导弹等武器发射过程中，只要芯片开始产生热量，化学储热材料就能持续吸热，直到化学储热材料分解反应完全，导弹发射完毕，化学储热材料失去储热能力，其温控过程为一次性的。而在地面调试过程中，完成了化学反应后，壳体内部的化学储热材料可以重复添加，以满足下一次实验的要求。因此，该无源散热系统既可以通过化学储热材料的化学反应储热来满足导弹等武器装备打击过程中发热器件一次性散热的需求，也能通过将反应完的化学储热材料重新填充，满足地面多次调试的测试需求。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术为解决弹载电子器件等设备在没有冷源情况下的芯片散热，提供了一种
大容量的化学储热材料，储热密度比常规的相变储热材料提升了数倍甚至一个数量级，可以达到500～1200kJ/kg，体积可以减少一半以上，控温时长可提高1倍以上。
[0022]2、本专利技术通过三维孔结构膨胀石墨和二维石墨烯膜杂化，结合水合盐制备得到的超大容量化学储热材料，比未复合的水合盐热导率提升66倍以上(水合盐的热导率普遍是0.6W/m`K，不同种类的水合盐热导率差别不大)，能够满足大热流密度芯片的散热要求。
[0023]3、本专利技术通过调整材料的组成以及热导率强化，能够调节材料的分解温度，使分解温度达到60～150℃范围内，满足不同类型芯片在80～180℃范围内的恒定控温的要求。
附图说明
[0024]图1为超大容量储热式无源散热系统的结构示意图。
[0025]图2为对比例1中三水醋酸钠热化学储热复合材料与石蜡相变储热复合材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超大容量化学储热材料，其特征在于包括水合盐和膨胀石墨以及石墨烯膜；其中，水合盐占水合盐和膨胀石墨两者总质量的10～25％，石墨烯膜为水合盐和膨胀石墨两者总质量的5～20％。2.根据权利要求1所述的一种超大容量化学储热材料，其特征在于所述石墨烯膜的厚度在0.25～0.75mm；所述膨胀石墨的粒度为40
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200目，表观容积在250～350mL/g范围内。3.根据权利要求1所述的一种超大容量化学储热材料，其特征在于所述水合盐为三水醋酸钠、二水草酸、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、十二水硫酸铝钾、十二水硫酸铝中的一种或几种按任意比例的混合物。4.根据权利要求1所述的一种超大容量化学储热材料，其特征在于所述化学储热材料的密度为900～1800kg/m3，分解温度60～150℃，分解焓500～1200kJ/kg，热导率大于40W/m
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K。5.权利要求1所述的超大容量化学储热材料的制备方法，其特征在于主要步骤如下：(1)按照质量分数计，将水合盐75～90％与膨胀石墨10～25％进行熔融共混，在高于水合盐熔点10～20℃的温度范围搅拌1小时以上，得到复合熔体，并静置等待其冷却至室温；(2)将步骤(1)所得复合熔体中加入厚度不小于0.25mm的石墨...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌子夜，张正国，方晓明，余晓梦，柳俊万，兰宇昊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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