[發明專利]一種相變材料薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811057331.3
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109449131A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 王婷玉;黃金;陳曉斌;戴家杰;唐軍
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L23/427;C09K5/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明公開了一種相變材料薄膜，含有相變微膠囊和高導熱碳材料，所述相變微膠囊和高導熱碳材料混合均勻；所述相變微膠囊與高導熱碳材料的質量比為(10~40)∶1。本發明提供的相變材料薄膜中的高導熱碳材料能夠形成導熱網絡，從而強化相變薄膜的傳熱能力，搭配相變微膠囊，獲得優異的熱管理能力。該相變材料薄膜具有良好的熱導率和熱穩定性，相變焓高，相變時形態穩定，宏觀形態大小均可調整，能夠對微小型電子元器件進行有效的熱管理，達到理想的效果，提高電子元器件的效率和使用壽命。

技術領域

本發明涉及相變材料技術領域，更具體地，涉及一種相變材料薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著計電子電路集成程度的提高和電子設備的輕量化和小型化，電子元器件單位面積上的散熱量越來越大，可能導致電子元器件溫度過高，從而降低設備效率和使用壽命。相變材料在相變時能保持穩定的溫度，同時能吸收或者釋放大量的潛熱。相變材料用于電子元器件熱管理有著無法取代的優勢，它能吸收或放出一定的熱量，并維持在恒定的溫度范圍，從而有效減緩工作中電子元器件溫度上升，增強溫度均勻性。

固-液相變材料是用于電池熱管理的相變材料的首選，因為其在相變的過程中焓值較大，同時其儲能的能力以及對外界溫度的調節能力較好。然而，直接使用固-液相變材料卻存在著諸多的問題，如PCM（Phase Change Material，相變材料）熔化時流動并造成泄漏，傳熱效率差等。而相變材料的微膠囊化手段可以有效地克服上述的缺點。通過壁材將相變材料進行封裝形成1~200 μm的微膠囊，壁材的較高機械強度與良好的熱傳導性能，有利于提高相變微膠囊的熱穩定性和熱導率。

然而，在高熱流密度的極端環境下，無機壁材相變微膠囊的強化傳熱效果也無法滿足電子元器件被動式熱管理的需求，例如電池熱管理。

因此，急需開發出新的相變材料器件，以滿足高熱流密度下電子元器件被動式熱管理的需求。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的高熱流密度極端環境下無法有效緩解電子元器件溫度上升的缺陷，提供一種相變材料薄膜，提供的相變材料薄膜能夠滿足高熱流密度下電子元器件被動式熱管理的需求。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種相變材料薄膜，含有相變微膠囊和高導熱碳材料，所述相變微膠囊和高導熱碳材料混合均勻；

所述相變微膠囊與高導熱碳材料的質量比為(4~40) ∶1。

相變材料薄膜中的高導熱碳材料能夠形成導熱網絡，從而強化相變薄膜的傳熱能力，搭配相變微膠囊，有效緩解電子元器件溫度上升。相變材料薄膜能夠充分利用相變微膠囊的相變儲能的能力，極大地推進了相變微膠囊的實際應用。而且，相變材料薄膜的大小可根據電子元器件尺寸剪裁，厚度為毫米級。

當相變微膠囊與高導熱碳材料的質量比小于4:1時，相變微膠囊含量較少，熱管理時均溫效果不佳；當質量比大于40:1時，相變薄膜成膜性不佳，容易開裂，無法形成完整連續膜狀。

在極端高熱流密度下運行中，電子元器件將多余的熱量傳遞給相變微膠囊，相變微膠囊吸收熱量后發生相變，使電子元器件維持在一定的溫度。在低熱流密度或停止運行時，相變微膠囊凝固所釋放的熱量通過對流散熱。

上述相變材料薄膜具有良好的熱導率和熱穩定性，相變焓高，相變時形態穩定，宏觀形態大小均可調整，能夠對微小型電子元器件進行有效的熱管理，達到理想的效果，提高電子元器件的效率和使用壽命。

所述毫米級是指0.1~1 mm。

優選地，所述相變微膠囊與高導熱碳材料的質量比為(8~10) ∶1。

優選地，所述高導熱碳材料為氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、膨脹石墨、碳纖維、碳納米管或石墨納米片中的一種或幾種。