[發明專利]石墨烯多孔薄膜、相變儲能復合材料

有效

• 申請號: 201510320142.0
• 申請日: 2015-06-11
• 公開（公告）號: CN105018041B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 張毅
• 申請（專利權）人: 貴州新碳高科有限責任公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 貴陽春秋知識產權代理事務所(普通合伙) 52109
• 代理人: 楊云;施冬蘭

本發明公開了一種石墨烯多孔薄膜、相變儲能復合材料，屬于新材料技術領域；旨在提供一種熱導高、重量輕、儲能密度大的相變儲能復合材料。其方法是將氧化石墨烯制備成凝膠，然后按濕態推出成膜方式制成含鹽離子的氧化石墨烯薄膜；或者將石墨烯制成含發泡劑的石墨烯溶液，然后按噴涂方式制成含發泡劑顆粒的石墨烯薄膜；將上述氧化石墨烯薄膜或石墨烯薄膜石墨化熱處理，得到石墨烯多孔薄膜；將該石墨烯多孔薄膜浸入相變儲能材料中，直至相變儲能材料完全填充石墨烯多孔薄膜的微孔。本發明儲能密度大、導熱率好、成本低、重量輕；是一種可用于電子元器件的相變儲能散熱復合材料。

技術領域

本發明涉及一種相變儲能復合材料，尤其涉及一種石墨烯多孔薄膜、相變儲能復合材料；屬于新材料技術領域。

背景技術

石墨薄膜一種是面內導熱率非常高、密度輕、且具有高導電性，由碳形成的層狀結構材料。由于石墨薄膜的厚度能夠控制在50微米以下，且具有柔軟性，因而一直被用作為在狹小空間內的散熱材料來有效的消除過熱點。但隨著石墨薄膜厚度的減薄，致其橫截面積急劇降低，因此傳熱量也急劇下降。在覆蓋有石墨薄膜的電子器件中，過熱點熱量難以擴散開，因而器件的溫度依然過高。

眾所周知，物質在相變過程中會吸能和釋能；固-液有機相變材料目前已成為最受關注、應用最為廣泛的相變材料。有機相變材料具有儲能密度高、儲能溫度容易控制、選擇范圍廣等優點，目前在電子器件散熱領域已經進入實用化和商品化階段。但有機相變材料存在易泄漏、封裝要求高、易老化等缺點，極大的限制了其應用。另一方面，低熱導率是限制有機相變儲熱材料大規模推廣應用的另外一個技術瓶頸問題。

定形相變材料是由相變材料、高分子支撐和封裝材料組成的復合貯能材料，由于高分子囊材的微封裝和支撐作用，作為芯材的相變材料發生固-液相變時不會流出，且整個復合材料即使在芯材熔化后也能保持原來的形狀不變,并有一定的強度；因此在一定程度上改善了相變儲熱材料的性能。然而，采用有機高分子聚合物包覆相變材料容易導致熱導率降低，儲能效率會受到很大影響；因此通常將氧化鋁、氧化鎂、石墨等作為導熱添加劑均勻分散于相變材料中，通過改善相變材料自身導熱率來達到提高吸熱放熱功率的目的。此類方法雖然能提高相變材料的吸熱速度，但是隨著器件的散熱性要求的提高，也增加了導熱添加劑的加入量。當填充量較大時會導致以下三個問題:（1）相變材料所占的比例下降，復合相變材料相變焓下降較多；（2）當填充量過多時，由于密度較大，長期使用會導致少量的相分離；（3）材料的質量和成本增加較多。

石墨烯是一種新型碳材料，它具有由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶體結構，是世界上厚度最小、質量最輕、強度最大的物質之一。另外，石墨烯還具備很好的熱學性能。研究發現，石墨烯導熱系數高達5000W/m.K，是普通金屬熱導率的10～100倍。不僅如此，石墨烯的二維結構容易在基體中形成導熱通道，并兼具密度小、熱膨脹系數低和耐腐蝕等優點，是一種提高熱導率的理想填充物。若能將石墨烯作為強化傳熱載體，則有可能克服單一相變材料熱導率低的缺點，縮短復合體系熱響應時間、提高換熱效率、改善相變復合材料在電子器件熱管理中的散熱效率。

發明內容

針對現有技術中有機相變材料易泄漏、封裝要求高、易老化、低熱導等上述缺陷，本發明旨在提供一種熱導高、重量輕、儲能密度大的石墨烯多孔薄膜、相變儲能復合材料。

為了實現上述目的，本發明復合材料的制備方法是將相對密度為0.1～2g/cm³的石墨烯多孔薄膜浸入有機相變儲能材料中，直至該有機相變儲能材料完全填充所述石墨烯多孔薄膜的微孔。

上述技術方案中所述石墨烯多孔薄膜制備方法如下：

1）將單層氧化石墨烯、或多層氧化石墨烯、或單層氧化石墨烯與多層氧化石墨烯的混合物制備成濃度為5～20g/ml的凝膠；

2）按濕態推出成膜的方式將上述凝膠制成厚度為1～1000μm的氧化石墨烯薄膜，推出速度為1～15cm/min；