[发明专利]一种相变储能纳米胶囊粉体的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，涉及储能复合材料，尤其是相变储能纳米胶囊粉体及其制备方法。

背景技术

近几年来特别是微电子机械(MEMS)技术发展十分迅猛，并逐渐拓展于多个应用场合，微小型化已成为当代科技发展的重要方向之一。微型制冷技术既依赖于MEMS技术的发展，也同时是MEMS技术发展的需要。众所周知，集成电路技术的快速发展，导致各种电子器件和产品的体积越来越小，集成器件周围的热流密度越来越大，以计算机CPU为例，其运行过程中产生的热流密度已经达到60-100W/cm²，半导体激光器中甚至达到103W/cm²数量级。另一方面，电子器件工作的可靠性对温度却十分敏感，器件温度在70-80℃水平上每增加1℃，可靠性就会下降5％；若增加10～20℃，则故障率提高100％。较高的温度水平已日益成为制约电子器件性能的瓶颈，而高效电子器件的温度控制目前已经渐渐成为一个研究热点。

目前在电子元件散热技术领域中，普遍采用有机物作为相变材料，且以储热密度较大、性能稳定且成本较低的石蜡应用最多。但石蜡低的导热系数严重制约了储热装置的传热性能，有新方案依靠导热系数的提高来提高传热速率。但由于粉体材料密度通常大于石蜡，因此复合时难以形成均一的相变材料；另一方面，粉体(包括泡沫金属)与石蜡间没有直接的作用力，在其熔融温度区域，石蜡会从其孔隙或粉体粒子间分离出来。有些学者提出微胶囊相变材料，但其导热系数很低，降低了发热电子器件与散热系统间的传热性能，粒径比较大，因而容易堵塞管道。新方案有待提出以更好地解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变储能纳米胶囊粉体及其制备方法，这种纳米胶囊材料不但可以大大提高材料的导热性能，而且由于其粒径足够小，可以应用到更广泛的领域。

针对电子散热等领域对相变储能材料的要求，本发明采用细乳液聚合法制备了一种相变储能纳米胶囊粉体材料，

本发明原理：相变材料首先和发生聚合的单体融合，然后与乳化剂水溶液液混合，经机械搅拌混合。然后经细乳化作用，将油相打散成细小油滴分散于水溶液中，形成细乳液。在一定温度下，引发剂引发细乳液内的单体聚合，生成的聚合物与相变材料不相容，逐渐分离，形成包裹相变材料的胶囊乳液。根据破乳原理，将相变材料纳米胶囊分离出来，除掉杂质，低温下烘干即可得到相变材料纳米胶囊粉体材料。

具体制备方法如下。

(1)材料的选用与处理。

材料的选择：

烷烃类(如十八烷Oct，规格沃凯，上海国药集团生产)作为相变材料；

苯乙烯St(化学纯CP，上海国药集团生产)作为成膜材料单体。

引发剂采用偶氮二异丁腈AIBN(化学纯CP，上海国药集团生产)，或者过硫酸钾KPS(化学纯CP，上海国药集团生产)；

助稳定剂采用十六醇CA(化学纯CP，上海国药集团生产)；

乳化剂采用十二烷基硫酸钠SDS(电子纯，上海国药集团生产)，或者SDS与非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚OP-10(化学纯CP，上海国药集团生产)相结合的复合型表面活性剂；

去离子水，范围25～40g之间。

(2)细乳液的制备

预乳化：按照实验配比，在一烧杯中，将乳化剂(如十二烷基硫酸钠SDS)和助乳化剂(如十六烷HD或十六醇CA)溶于去离子水中，并机械搅拌，使药品混合更均匀。在另一烧杯中，将一定配比的单体，烷烃，或者还有引发剂(如果是油性引发剂AIBN)，并机械搅拌混合。细乳液各成分之间的配比大概如下：SDS:HD:St:Oct:Water＝0.01～0.4g:0.01～2.0:1.0g～5.0g:1.0g～5.0g:25～40g。

乳化：乳化剂水溶液倒入单体油相中，进一步通过磁力搅拌机进行高速搅拌混合，转速可调。

细乳化：将上述混合物通过超声振荡进一步均化，超声的时间，以及超声的输出功率根据混合物量的多少而变化。在本实验的操作过程中，限定超声时间是1min～15min，超声波输出功率为额定功率的40％～90％(仪器可用宁波科生生产的KS-600)。

(3)聚合过程