[發明專利]一種液態金屬相變微膠囊及其制備方法

在審

• 申請號: 202210307499.5
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114656935A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 紀玉龍;劉泰;庾春榮
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;B01J13/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發明提供一種液態金屬相變微膠囊，該微膠囊為采用溶膠?凝膠法，以液態金屬為芯材、非金屬氧化物為壁材制備的所得結構，包括：相變核以及包圍相變核設置的外殼，相變核為液態金屬核芯，外殼為非金屬氧化物層；液態金屬為鉍銦錫合金、鉍銦合金或鎵銦錫合金；非金屬氧化物為二氧化硅或二氧化鈦。本發明還提供一種液態金屬相變微膠囊的制備方法。本發明采用溶膠?凝膠法制備單層無機壁材的液態金屬相變微膠囊，有效阻止了液態金屬相變材料對一些金屬表面的侵蝕，具有較高的導熱系數，良好的熱穩定性。

技術領域

本發明涉及無機相變材料技術領域，具體而言，尤其涉及一種液態金屬相變微膠囊及其制備方法。

背景技術

低溫相變材料在電子元器件散熱方面的應用，可有效抑制局部溫度的快速升高，具有良好的控溫能力，有效降低能耗。傳統的有機/無機相變材料，存在導熱性能差、凝固點高、相變過程體積膨化率大的缺點。液態金屬相變材料具有相變溫度恒定、儲能密度大、儲放熱過程近似等溫、導熱率高、安全無毒的特點，但其在固-液相變過程中仍有泄露的隱患。

膠囊化實現了相變材料的固態化，不僅可增加相變材料穩定性，也能夠提高相變材料的傳熱效率，同時便于相變材料的使用、貯存和運輸。

相變微膠囊的壁材可分為有機壁材和無機壁材兩種，有機壁材通常包覆效果較好，但其機械強度低、熱傳導性不高、長期使用易老化失效。相比于有機壁材，無機壁材具有耐高溫、化學性質穩定、導熱系數高的優點。

現有的對無機相變材料進行無機壁材包覆制備微膠囊的技術，其缺點主要是由于芯材的無機相變材料自身導熱系數不高、單位體積的熔化焓較小，導致微膠囊整體與外界熱交換速率不高。

發明內容

根據上述提出的由于芯材的無機相變材料自身導熱系數不高、單位體積的熔化焓較小，導致微膠囊整體與外界熱交換速率不高的技術問題，而提供一種液態金屬相變微膠囊及其制備方法。本發明主要采用溶膠-凝膠法制備單層無機壁材的液態金屬相變微膠囊，有效阻止了液態金屬相變材料對一些金屬表面的侵蝕，具有較高的導熱系數，良好的熱穩定性。

本發明采用的技術手段如下：

一種液態金屬相變微膠囊，所述微膠囊為采用溶膠-凝膠法，以液態金屬為芯材、非金屬氧化物為壁材制備的所得結構，包括：相變核以及包圍相變核設置的外殼，所述相變核為液態金屬核芯，所述外殼為非金屬氧化物層；所述液態金屬為鉍銦錫合金(Bi-0.582In-0.188Sn)、鉍銦合金(Bi-0.645In)或鎵銦錫合金(Ga-0.685In-0.215Sn)；所述非金屬氧化物為二氧化硅或二氧化鈦。

進一步地，所述相變核和外殼之間還可設置PVP非金屬層，其中，PVP非金屬層包圍液態金屬核芯設置，非金屬氧化物層包圍PVP非金屬層設置。

本發明還提供了一種液態金屬相變微膠囊的制備方法，包括如下步驟：

S1、將溶劑、表面活性劑、表面改性劑、液態金屬合金/液態金屬微球均勻混合得到芯材溶液；

S2、選取含高化學活性組分的化合物為前驅體，將前驅體與溶劑均勻混合得到壁材預聚體溶液，為二氧化硅溶液或二氧化鈦溶液；

S3、將壁材預聚體溶液逐滴加入到芯材溶液中，進行微膠囊的合成，經水解、縮合化學反應后，在溶液中形成透明的溶膠體系，然之后溶膠經過陳化，膠粒間進一步聚合形成三維空間網絡結構的凝膠，最后將凝膠經過離心、清洗、干燥制備出微納米級別結構的液態金屬相變微膠囊。

進一步地，所述步驟S1的具體步驟如下：

S11、將液態金屬合金/液態金屬微球與溶劑混合，攪拌后得到液態金屬混合溶液；其中，液態金屬合金與溶劑混合后使用均質機進行均質，液態金屬微球為由噴射制備成的合金小球；