[發(fā)明專利]一種相變儲能納米膠囊粉體的制備方法及其應(yīng)用

無效

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• 申請日: 2008-11-07
• 公開（公告）號: CN101480596A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張東;劉碩
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: B01J13/14
• 分類號: B01J13/14;C09K5/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及儲能復(fù)合材料，尤其是相變儲能納米膠囊粉體及其制備方法。

背景技術(shù)

近幾年來特別是微電子機(jī)械(MEMS)技術(shù)發(fā)展十分迅猛，并逐漸拓展于多個應(yīng)用場合，微小型化已成為當(dāng)代科技發(fā)展的重要方向之一。微型制冷技術(shù)既依賴于MEMS技術(shù)的發(fā)展，也同時是MEMS技術(shù)發(fā)展的需要。眾所周知，集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)致各種電子器件和產(chǎn)品的體積越來越小，集成器件周圍的熱流密度越來越大，以計算機(jī)CPU為例，其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱流密度已經(jīng)達(dá)到60-100W/cm²，半導(dǎo)體激光器中甚至達(dá)到103W/cm²數(shù)量級。另一方面，電子器件工作的可靠性對溫度卻十分敏感，器件溫度在70-80℃水平上每增加1℃，可靠性就會下降5％；若增加10～20℃，則故障率提高100％。較高的溫度水平已日益成為制約電子器件性能的瓶頸，而高效電子器件的溫度控制目前已經(jīng)漸漸成為一個研究熱點(diǎn)。

目前在電子元件散熱技術(shù)領(lǐng)域中，普遍采用有機(jī)物作為相變材料，且以儲熱密度較大、性能穩(wěn)定且成本較低的石蠟應(yīng)用最多。但石蠟低的導(dǎo)熱系數(shù)嚴(yán)重制約了儲熱裝置的傳熱性能，有新方案依靠導(dǎo)熱系數(shù)的提高來提高傳熱速率。但由于粉體材料密度通常大于石蠟，因此復(fù)合時難以形成均一的相變材料；另一方面，粉體(包括泡沫金屬)與石蠟間沒有直接的作用力，在其熔融溫度區(qū)域，石蠟會從其孔隙或粉體粒子間分離出來。有些學(xué)者提出微膠囊相變材料，但其導(dǎo)熱系數(shù)很低，降低了發(fā)熱電子器件與散熱系統(tǒng)間的傳熱性能，粒徑比較大，因而容易堵塞管道。新方案有待提出以更好地解決這個問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種相變儲能納米膠囊粉體及其制備方法，這種納米膠囊材料不但可以大大提高材料的導(dǎo)熱性能，而且由于其粒徑足夠小，可以應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。

針對電子散熱等領(lǐng)域?qū)ο嘧儍δ懿牧系囊螅景l(fā)明采用細(xì)乳液聚合法制備了一種相變儲能納米膠囊粉體材料，

本發(fā)明原理：相變材料首先和發(fā)生聚合的單體融合，然后與乳化劑水溶液液混合，經(jīng)機(jī)械攪拌混合。然后經(jīng)細(xì)乳化作用，將油相打散成細(xì)小油滴分散于水溶液中，形成細(xì)乳液。在一定溫度下，引發(fā)劑引發(fā)細(xì)乳液內(nèi)的單體聚合，生成的聚合物與相變材料不相容，逐漸分離，形成包裹相變材料的膠囊乳液。根據(jù)破乳原理，將相變材料納米膠囊分離出來，除掉雜質(zhì)，低溫下烘干即可得到相變材料納米膠囊粉體材料。

具體制備方法如下。

(1)材料的選用與處理。

材料的選擇：

烷烴類(如十八烷Oct，規(guī)格沃凱，上海國藥集團(tuán)生產(chǎn))作為相變材料；

苯乙烯St(化學(xué)純CP，上海國藥集團(tuán)生產(chǎn))作為成膜材料單體。

引發(fā)劑采用偶氮二異丁腈AIBN(化學(xué)純CP，上海國藥集團(tuán)生產(chǎn))，或者過硫酸鉀KPS(化學(xué)純CP，上海國藥集團(tuán)生產(chǎn))；

助穩(wěn)定劑采用十六醇CA(化學(xué)純CP，上海國藥集團(tuán)生產(chǎn))；

乳化劑采用十二烷基硫酸鈉SDS(電子純，上海國藥集團(tuán)生產(chǎn))，或者SDS與非離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚OP-10(化學(xué)純CP，上海國藥集團(tuán)生產(chǎn))相結(jié)合的復(fù)合型表面活性劑；

去離子水，范圍25～40g之間。

(2)細(xì)乳液的制備

預(yù)乳化：按照實(shí)驗(yàn)配比，在一燒杯中，將乳化劑(如十二烷基硫酸鈉SDS)和助乳化劑(如十六烷HD或十六醇CA)溶于去離子水中，并機(jī)械攪拌，使藥品混合更均勻。在另一燒杯中，將一定配比的單體，烷烴，或者還有引發(fā)劑(如果是油性引發(fā)劑AIBN)，并機(jī)械攪拌混合。細(xì)乳液各成分之間的配比大概如下：SDS:HD:St:Oct:Water＝0.01～0.4g:0.01～2.0:1.0g～5.0g:1.0g～5.0g:25～40g。

乳化：乳化劑水溶液倒入單體油相中，進(jìn)一步通過磁力攪拌機(jī)進(jìn)行高速攪拌混合，轉(zhuǎn)速可調(diào)。

細(xì)乳化：將上述混合物通過超聲振蕩進(jìn)一步均化，超聲的時間，以及超聲的輸出功率根據(jù)混合物量的多少而變化。在本實(shí)驗(yàn)的操作過程中，限定超聲時間是1min～15min，超聲波輸出功率為額定功率的40％～90％(儀器可用寧波科生生產(chǎn)的KS-600)。

(3)聚合過程