一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜及其制备方法，包括如下步骤：配制氧化石墨烯、纳米氧化锌、二氧化钛、纳米陶瓷微珠、聚乙二醇的混合溶液，烧结后获得“半包覆”结构的杂化纳米材料；将杂化纳米材料、酰胺溶剂、聚偏氟乙烯配置成前驱体纺丝溶液，采用静电纺丝方法制备杂化纤维膜；经过冷压、热压加工得到柔性散热薄膜材料。本发明专利技术制得的薄膜的太阳吸收比为0.03

【技术实现步骤摘要】
一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热控材料
，具体涉及一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]航天器热控材料通过自身的热物理特性即太阳吸收率和半球发射率来调节航天器的表面热平衡温度，从而达到对航天器进行有效热控制的目的。
[0003]随着航天器功能、指标要求的不断提高，航天器的功率大幅提高，导致其热量急剧增大，热量如不及时排散，航天器将长期处于过热状态，极易发生故障或失效。在轨飞行数据表明，超过一半的设备电子产品失效是因热管理不当引起的。因此，如何高效的热管理成为制约航天器发展的最严峻瓶颈之一。
[0004]目前常规热控薄膜及涂层材料的性能受到本身物性影响，难以继续提升。航天发展对热控系统提出了高效散热、柔性化轻量化的要求，航天器散热采用光学太阳反射镜的固定散热面方式，效率受限、重量大，难以适应复杂表面安装，无法满足大功率散热需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜及其制备方法，该柔性散热薄膜具备柔性化轻量化、低吸收高发射以及良好的力学性能，解决现有同类产品重量大、力学性能差，难以适应航天器复杂表面等缺点。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：
[0007]本专利技术提供了一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜，所述改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜是将杂化纳米材料、酰胺溶剂、聚偏氟乙烯配置成前驱体纺丝溶液，采用静电纺丝得到杂化纤维膜；再通过冷压、热压工艺得到柔性薄膜复合材料。杂化纳米材料是氧化石墨烯、纳米氧化物混合溶液，冷冻成型后烧结制备得到，具体为：以聚乙二醇为溶剂，添加氧化石墨烯，调节pH为碱性，添加纳米氧化物，冷冻成型后烧结，制备得到“半包覆”结构的杂化纳米材料。
[0008]本专利技术提供了一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009]S1、配制氧化石墨烯溶液，调节pH值，超声分散，加入纳米氧化物，除气处理，得混合浆料；
[0010]S2、将混合浆料冷冻成型，凝固后冷冻干燥，再烧结处理，得到具有“半包覆”结构的杂化纳米材料；
[0011]S3、将所得杂化纳米材料分散在酰胺溶剂中制成悬浮液，加入聚偏氟乙烯搅拌溶解，形成前驱体纺丝溶液；
[0012]S4、将前驱体纺丝溶液进行静电纺丝得到杂化纤维膜，再进行冷压处理、热压处理，得到所述改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜。
[0013]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯含量为0.1
‑
5wt％，溶剂为聚乙二醇。
[0014]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，pH值为8
‑
10，通过添加氨水调节。
[0015]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，超声分散时间为2
‑
4h。
[0016]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，纳米氧化物为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米陶瓷微珠组成的混合物，混合物密度为0.2
‑
1g/cm3，质量比为0.5
‑
3.5：4.5
‑
7.5：5
‑
9。纳米氧化物、氧化石墨烯溶液的用量比10
‑
20g：100ml。三种纳米氧化物混合，可提升最终产品的太阳吸收比、半球发射率、耐空间环境辐射性。在该密度范围内，能更好的提升产品性能。
[0017]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，除气处理具体为：加入消泡剂进行消泡，消泡剂包括正丁醇；后转移至真空烘箱中除气，直至无明显气泡逸出为止。
[0018]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S2中，冷冻成型是将浆料浇注到模具中，放置于冷源(3
‑
5℃)上进行冷冻成型；干燥是在浆料完全凝固后，脱模并转移至真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥。
[0019]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S2中，烧结处理的工艺为：以3
‑
10℃/m11的升温速率升温至200
‑
300℃，再以2
‑
5℃/m11的升温速率升温至580
‑
620℃，保温0.5
‑
2h；再以2
‑
5℃/m11的升温速率升温至680
‑
720℃，保温0.5
‑
2h。煅烧得到石墨烯包覆纳米氧化物的“半包覆”结构的杂化纳米材料。分段加热可保证产品性能，防止产品分层，出现缺陷。包覆石墨烯能更好的提升产品性能，半包覆性能更好。
[0020]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S3中，前驱体纺丝溶液中杂化纳米材料质量含量为3％
‑
10％；分散是超声5
‑
10m11，配置成均一的悬浮液。
[0021]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S3中，加入聚偏氟乙烯是在80℃条件下搅拌溶解，形成前驱体纺丝溶液。前驱体纺丝溶液中聚偏氟乙烯质量含量10％
‑
50％
[0022]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S4中，静电纺丝具体为：将前驱体纺丝溶液置于注射器中，将注射器固定在注射泵上，并将正极导电夹固定在针头上，滚筒电极接地进行纺丝，得到杂化纤维膜。静电纺丝的参数为：注射泵推进速率为1
‑
20ml/h，电压为2
‑
25kV，滚筒与针头间距5
‑
30cm，接收滚筒转速500
‑
2000r/m11，纺丝湿度为10
‑
40％，温度为10
‑
30℃。纺丝完成后在20
‑
60℃下真空干燥6
‑
12h。
[0023]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S4中，冷压处理的压力为10
‑
40MPa，时间为1
‑
20m11，在常温下冷压，在此条件下纳米纤维之间的间隙可以极大压缩。
[0024]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S4中，热压处理的压力为1
‑
10MPa，温度为70
‑
200℃，时间为2
‑
4h。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0026](1)本专利技术的柔性散热薄膜在保证良好热控性能(太阳吸收比、半球发射率)的基础上，具有较好的耐空间环境适应性，且具有较强的可实施性，并且经受
‑
100至+100℃的100次温度冲击试验后性能稳定，具有较低的真空放气量。
[0027](2)本专利技术提供的柔性散热薄膜，具有以下特性：
[0028]a)外观：薄膜表面均匀、无气泡、无裂纹；
[0029]b)太阳吸收比0.03
‑
0.06；
[0030]c)半球发射率0.88本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜，其特征在于，所述改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜是将杂化纳米材料、酰胺溶剂、聚偏氟乙烯配置成的前驱体纺丝溶液，采用静电纺丝得到杂化纤维膜；再通过冷压、热压工艺得到；所述杂化纳米材料是氧化石墨烯、纳米氧化物混合溶液，冷冻成型后烧结制备得到。2.一种如权利要求1所述的改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1、配制氧化石墨烯溶液，调节pH值，超声分散，加入纳米氧化物，除气处理，得混合浆料；S2、将混合浆料冷冻成型，凝固后冷冻干燥，再烧结处理，得到具有“半包覆”结构的杂化纳米材料；S3、将所得杂化纳米材料分散在酰胺溶剂中制成悬浮液，加入聚偏氟乙烯搅拌溶解，形成前驱体纺丝溶液；S4、将前驱体纺丝溶液进行静电纺丝得到杂化纤维膜，再进行冷压处理、热压处理，得到所述改性氧化石墨烯纳米材料增强散热薄膜。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯含量为0.1
‑
5wt％。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，pH值为8
‑
10。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，纳米氧化物为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米陶瓷微珠组成的混合物，混合物密度为0.2
‑
1g/cm3。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，烧结处理的工艺为：以3
‑
10℃/m11的升温速率升温至200
‑
300℃，再以2
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘阳阳，韩贺祥，周博，高冬冬，费涛，曹康丽，李瑜婧，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：