[發明專利]一種熱功能復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710104372.2
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106810719B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 鄭鯤;韋寶杰;馬永梅;曹新宇;張京楠;尚欣欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08K9/04
• 分類號: C08K9/04;C08K3/38;C08L71/02;C09K5/06
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發明提供了一種熱功能復合材料及其制備方法和應用，所述復合材料包括相變材料和可取向的導熱填料，其中，相對于100重量份的相變材料，可取向的導熱填料為0.01?60重量份。上述復合材料，在相變溫度以上時，通過施加外力使導熱填料垂直于熱流方向取向，測試得到垂直于取向方向的熱導率；然后，改變外力方向，使填料平行于熱流方向取向，之后冷卻至相變溫度以下，測試沿取向方向的熱導率，測定的熱導率可逆突變倍數可以高于5倍，可以應用在熱能量存儲、熱能控制(如熱智能開關)、建筑節能、微電子器件的散熱、傳感、聲子器件、聲子電腦等領域。

技術領域

本發明涉及熱功能復合材料領域，具體涉及一種磁調控的熱導率可逆突變的固-液相變復合材料。

背景技術

熱能是一種豐富的能源，世界上90％的能量產生都與熱能流動相關，而遺憾的是其中只有13％可以有效利用，大部分熱能以廢熱向環境擴散的形式消耗。如何提高熱能的利用效率是科學家們一直關注的焦點。熱開關，一般由具備熱導率突變性能的材料制備，即材料的熱導率在某一溫度會發生突變，且這種變化是可逆的。目前，純相變材料的熱導率，在固-液相變時會發生2-3倍左右的突變，作為溫度調控和熱開關使用，突變倍數過小。有文獻報道，相變材料與非取向導熱填料復合后，熱導率突變倍數有了小幅度的提高，大約會發生4倍左右的突變，但仍無法滿足溫度調控、熱開關、建筑節能、熱隱身、輻射探測、量子信息、熱存儲、傳感等領域對熱導率可逆突變材料的使用需求。

發明內容

本發明人研究發現，在相變材料中加入可取向的導熱填料時，導熱填料取向可以大幅度地放大熱導率突變的效果；其中，可取向的導熱填料是指在外力作用(如磁場作用)下可取向的導熱填料，所述取向是指其熱導率沿取向方向高于其它方向。研究發現，可取向的導熱填料在外力作用(如磁場作用)下產生熱導率可逆變化(可稱為取向致熱導率可逆變化)，同時，相變材料在溫度變化時產生熱導率可逆變化(可稱為熱致熱導率可逆變化)，而這兩種熱導率可逆變化會發生協同作用，獲得熱導率突變倍數更大的復合材料，從而可以大 幅度地放大復合材料熱導率突變的效果。基于此發現，完成了本發明。

本發明的第一個方面是提供一種熱功能復合材料，所述復合材料包括相變材料和可取向的導熱填料，其中，相對于100重量份的相變材料，可取向的導熱填料為0.01-60重量份。

優選地，相對于100重量份的相變材料，可取向的導熱填料為0.1-50重量份，還優選為0.5-30重量份。

本發明的復合材料，所述可取向的導熱填料在外力作用(如磁場作用)下在所述相變材料中取向時，不發生明顯團聚。

根據本發明，所述可取向的導熱填料選自磁場作用下可取向的導熱填料。本發明中，“磁場作用下可取向”，是指該填料具有磁響應性，即在磁場作用下可取向，所述取向是指其熱導率沿取向方向高于其它方向。這樣，獲得的復合材料為磁調控的熱導率可發生可逆突變的、熱導率突變倍數顯著增加的固-液相變復合材料。

根據本發明，所述可取向的導熱填料選自下述的磁場作用下可取向的導熱填料的一種或多種：本征具有磁響應的導熱填料、磁化的棒狀金屬導熱填料、磁化的陶瓷導熱填料、磁化的片狀導熱填料和磁化的管狀導熱填料。所述本征具有磁響應的導熱填料選自本征具有磁響應的四氧化三鐵顆粒、鈷的氧化物顆粒、鎳的氧化物顆粒等。所述磁化的棒狀金屬導熱填料選自磁化的銅納米線、磁化的金納米線、磁化的銀納米線等。所述磁化的陶瓷導熱填料選自磁化的氧化鋁晶須、磁化的碳化硅晶須等。所述磁化的片狀導熱填料選自磁化的微米和/或納米氮化硼、磁化的石墨烯、磁化的石墨等。所述磁化的管狀導熱填料選自磁化的單壁碳納米管、磁化的雙壁碳納米管、磁化的多壁碳納米管等。

優選地，對于磁化的棒狀金屬導熱填料，其長徑比為2-1000；對于磁化的片狀導熱填料，其直徑為1-50微米，厚度為0.2-100納米；對于磁化的管狀導熱填料(如磁化的單壁碳納米管、磁化的雙壁碳納米管、磁化的多壁碳納米管等)，其長徑比為：2-1000。