[發明專利]一種高效熱傳導與波熱雙向轉換的材料與制備及應用

在審

• 申請號: 201510839358.8
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN105459472A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 袁奕琳
• 申請（專利權）人: 寧波信遠石墨有限公司
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B37/15;B32B38/00
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 黃飛隆

一種高效熱傳導與波熱雙向轉換的材料，包括熱傳導層，所述熱傳導層的一側為輻射層，所述輻射層上可以覆蓋有紅外穿透層。本發明還提供了上述材料的制備方法，選自以下方法中的一種：方法一：a.在輻射層表面噴涂上紅外穿透材料漿液；b.紅外穿透材料固化；方法二：在漿料薄層上直接置入足量蠕蟲，固化成型，或再經打磨，形成傳導層。方法三：在已制成的復合材料的輻射層側，整面機械連接一種紅外穿透膜。本發明利用了可膨脹石墨材料熱傳導率高的特性，所制備的紅外制熱、吸熱復合材料熱傳導迅速，輻射散熱吸熱效果好，制備工藝簡單，成本低。

技術領域

本發明屬于材料領域，具體涉及一種結構特殊的石墨材料，用于熱能管理，涉及熱能的傳導，和輻射；或逆向的熱能管理，即以紅外波形式存在的熱能的吸收和傳導。本發明還涉及上述材料的制備方法和應用。

背景技術

熱傳播的三個形式（傳導、對流、輻射）中，輻射具有反映迅速，不依賴第三方，如空氣等的特點；輻射功率局限于溫度，和材料本身特性。

很多的場合，需要把熱能及時地散發出去，以保證機器、設備的高效地工作；比如集成電路芯片，變壓器，等。又有很多場合需要把熱能傳輸到另外一個對象，比如對人體的取暖，藥品、食物等的干燥；而很多實際運行的熱處理案例是溫度不高（小于攝氏100度）的情況下，期望高效實現；很多的實例是利用某種材料在一定的結構下把熱散發到空氣中。

石墨材料熱阻很低，可以作為良好的熱傳導材料；石墨的熱輻射率也可以很大，能把熱能輻射走，但取決于很多表觀和結構特征；同時也可以把以波的形式存在的能量（特別是紅外波）通過石墨轉化成熱能。如果這樣的材料又能逆向工作，即可以高效吸收紅外波，轉化成熱，則開辟了更多的得到熱能的新途徑。

膨脹石墨是石墨的一種特殊結構形式，由天然鱗片石墨制造。天然鱗片石墨，是平面層狀晶體結構。通過化學處理，層間生成相間化合物，在高溫作用下，化合物水合物汽化，使得鱗片石墨的層間間距拉大，體積膨脹200-300倍，甚至600倍或更大。膨脹后的天然鱗片石墨顆粒，一般被形象地稱為蠕蟲。它即保持了天然石墨的層狀晶體結構（單層嚴密的六邊形晶體結構），同時擁有層間間距被拉大的開放結構。而石墨蠕蟲通過類似造紙方式的軋制，成為紙張形狀，蠕蟲被壓實，表面致密光滑，通常被稱為膨脹石墨材料，膨脹石墨紙，或柔性石墨材料，或柔性石墨紙，熱量以紅外的形式輻射能力低。反之，一般提及膨脹石墨材料，都泛指膨脹石墨紙和或用該材料制作而成的產品；由于石墨蠕蟲只是過程中間品，專指蠕蟲時一般都特別說明。

德國專利《膨脹石墨導熱板及其制造方法》，申請號200410057482.0，公開了一種熱散發的方法。然而其特征在于板的厚度在于8mm與50mm之間，并且板材料的密度在0.01g/cm³與0.4g/cm³之間。受到以上權利要求中密度區間的界定，膨脹石墨的實際物理特性決定了，平行于板表面的導熱系數不會很高，相應權利要求提出了5.5W/m·K。事實上就權利要求的密度范圍這樣的導熱系數比較難達到，并且這樣的導熱率偏小，局限了導熱通道，所以厚度很大(8-50mm)，材料浪費多。存在很多的改善空間。

美國專利《用于電子裝置的散熱解決方案》，專利號US 6,982,874：公開了膨脹石墨材料作為熱傳導的另一應用。本發明只是利用了膨脹石墨材料在高密度時在軋制方向的導熱系數大，可以達到300-700 W/m·K.，而作為冷卻電子元器件的傳熱通道，其原理基本局限于熱傳導，即利用高密度的膨脹石墨片材的熱阻低，使得局部的熱量能夠快速地均布在該片材上，或通過再傳導給散熱器件如鋁散熱片等，把熱導出，達到降溫的目的。但是這樣的設計沒有把熱傳導出來的同時，通過輻射把熱向四周發散而強化散熱效果。

本發明做出了改進，提供了一種兼具傳導、輻射功能，并且同時擁有很高的熱傳導率和輻射率的材料；該材料特征還在于可以用于紅外波吸收，把波能高效轉化為熱能并低熱阻地把熱傳導到指定的地方。

發明內容