[發明專利]一種具有同步蒸發散熱和余熱回收能力的復合水凝膠、制備方法及熱管理方法

在審

• 申請號: 202010224414.8
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111333868A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 劉抗;胡雪蛟;蒲詩睿;廖雨田;傅佳
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/26;C08K3/16;C08K3/28;C08F220/56;C08F222/38;C08F2/50;H05K7/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開一種具有同步蒸發散熱和余熱回收能力的復合水凝膠、制備方法及熱管理方法，該水凝膠為具交聯結構水凝膠與吸濕鹽和化學熱電溶液組成。首先制備具交聯結構水凝膠；然后將具交聯結構水凝膠加熱烘干，之后將干燥后的水凝膠浸泡于由吸濕性鹽和化學熱電材料形成的溶液中，直至水凝膠完全溶脹后，取出即為具有同步蒸發散熱和余熱回收能力的復合水凝膠。該水凝膠在高溫下水分蒸發能夠帶走大量熱量，同時將一部分的熱量通過化學熱電轉換的方式轉換為電能輸出；在低溫下能夠吸收空氣中的水分進行自動補水。本發明具有結構簡單、性能優異、方便智能的特點，能夠為發熱對象同步去除廢熱和余熱回收，解決高熱及低品位熱能有浪費的問題。

技術領域

本發明屬于散熱和余熱回收領域，涉及一種同步散熱和余熱回收技術，尤其涉及一種具有同步蒸發散熱和余熱回收能力的復合水凝膠、制備方法及熱管理方法。

背景技術

現代電子器件的微型化和集成化使得電子器件在工作時能量密度巨大，而大部分的能量最終轉化為了熱能，使器件面臨溫度過高的問題。而不良的溫度不僅影響器件工作的穩定性，甚至還會帶來安全性和使用壽命的問題。因此，解決器件的高溫問題對提高器件的能源效率、促進經濟繁榮、能源安全和環境保護至關重要。此外，電子器件工作時產生的廢熱一般屬于低品位余熱，在全球環境污染、能源短缺和能源利用率低的背景下，對低品位余熱的再利用對節能減排的戰略起到重要作用?，F代電子器件對高效散熱和廢熱回收的要求都很高，因為這兩部分關系著器件的可靠性和能源效率。

現有的散熱方式主要有兩種：被動式散熱和主動式散熱。現代電子器件的能量密度極高，普通的被動式方法的低散熱能力很難滿足高能量密度器件的要求。強迫風冷、水冷等主動冷卻方法雖然有較高的冷卻性能，但能耗高，需要復雜的輔助配件(如風機、水泵等)。傳統的熱回收方法，如熱電模塊，直接與熱源接觸，通常會帶來額外的熱阻，阻礙散熱，并導致這些電子設備的核心組件高溫。然而，有效的散熱通常是耗能的，因為需要風扇或泵等輔助設備，這與提高器件的能源效率的初衷不符。因此，到目前為止，高效除熱和廢熱回收是兩個相互沖突的過程，不能同時實現。并且，有效的散熱和余熱回收方式也必須順應現代電子器件的發展方向。

水凝膠作為一類含水量極高(可以超過90％)的材料，能保持其三維網絡結構而呈現固態。水凝膠內部的水分可以自由蒸發，當物體表面溫度升高時，水凝膠可以大幅降低物體的表面溫度，是一種優異的被動式散熱材料。此外，水凝膠中的液態水也使得離子擴散和傳輸等行為不受影響。但是，一般的水凝膠會持續失水，即使在室溫下水凝膠中的水分也會逐漸減少直至完全干燥，不具環境穩定性。并且，普通水凝膠的失水不可自動逆轉，必須將其浸泡于液態水中才能恢復原狀，繼而正常工作。這些缺陷使得水凝膠的應用具有局限性，頻繁的手動補水還會影響水凝膠結構和性能的穩定性和有效性。所以，尋求一種智能、簡單、高效的散熱和余熱回收方式至關重要。

發明內容

為了解決各類熱源的高熱和廢熱浪費問題，針對現階段的水凝膠不具環境穩定性和無法實現自動補水的問題，本發明提供了一種可實現同步散熱和余熱回收并可自動補水的復合水凝膠，可應用于熱管理和余熱再利用領域。具有智能方便、可重復工作、體積可調、零噪音、低造價以及應用范圍廣的特點?？蛇m用于多種熱源物體表面，如：電子設備、房屋、汽車等。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種具有同步蒸發散熱和余熱回收能力的復合水凝膠，其特征在于：其為具三維交聯結構的水凝膠、一定濃度吸濕鹽和化學熱電材料混合溶液組成的復合水凝膠。并且，該水凝膠能夠兼具散熱、余熱回收和自動再生的能力。

優選地，所述具三維交聯結構的水凝膠為聚丙烯酰胺水凝膠、聚丙烯酸鈉水凝膠、海藻酸鈉水凝膠和聚乙烯醇水凝膠中的任意一種或幾種組合。

一種具有同步蒸發散熱和余熱回收能力水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、制備三維交聯結構的水凝膠；