[发明专利]一种高效热传导与波热双向转换的材料与制备及应用

说明书

一种高效热传导与波热双向转换的材料，包括热传导层，所述热传导层的一侧为辐射层，所述辐射层上可以覆盖有红外穿透层。本发明还提供了上述材料的制备方法，选自以下方法中的一种：方法一：a.在辐射层表面喷涂上红外穿透材料浆液；b.红外穿透材料固化；方法二：在浆料薄层上直接置入足量蠕虫，固化成型，或再经打磨，形成传导层。方法三：在已制成的复合材料的辐射层侧，整面机械连接一种红外穿透膜。本发明利用了可膨胀石墨材料热传导率高的特性，所制备的红外制热、吸热复合材料热传导迅速，辐射散热吸热效果好，制备工艺简单，成本低。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种结构特殊的石墨材料，用于热能管理，涉及热能的传导，和辐射；或逆向的热能管理，即以红外波形式存在的热能的吸收和传导。本发明还涉及上述材料的制备方法和应用。

背景技术

热传播的三个形式（传导、对流、辐射）中，辐射具有反映迅速，不依赖第三方，如空气等的特点；辐射功率局限于温度，和材料本身特性。

很多的场合，需要把热能及时地散发出去，以保证机器、设备的高效地工作；比如集成电路芯片，变压器，等。又有很多场合需要把热能传输到另外一个对象，比如对人体的取暖，药品、食物等的干燥；而很多实际运行的热处理案例是温度不高（小于摄氏100度）的情况下，期望高效实现；很多的实例是利用某种材料在一定的结构下把热散发到空气中。

石墨材料热阻很低，可以作为良好的热传导材料；石墨的热辐射率也可以很大，能把热能辐射走，但取决于很多表观和结构特征；同时也可以把以波的形式存在的能量（特别是红外波）通过石墨转化成热能。如果这样的材料又能逆向工作，即可以高效吸收红外波，转化成热，则开辟了更多的得到热能的新途径。

膨胀石墨是石墨的一种特殊结构形式，由天然鳞片石墨制造。天然鳞片石墨，是平面层状晶体结构。通过化学处理，层间生成相间化合物，在高温作用下，化合物水合物汽化，使得鳞片石墨的层间间距拉大，体积膨胀200-300倍，甚至600倍或更大。膨胀后的天然鳞片石墨颗粒，一般被形象地称为蠕虫。它即保持了天然石墨的层状晶体结构（单层严密的六边形晶体结构），同时拥有层间间距被拉大的开放结构。而石墨蠕虫通过类似造纸方式的轧制，成为纸张形状，蠕虫被压实，表面致密光滑，通常被称为膨胀石墨材料，膨胀石墨纸，或柔性石墨材料，或柔性石墨纸，热量以红外的形式辐射能力低。反之，一般提及膨胀石墨材料，都泛指膨胀石墨纸和或用该材料制作而成的产品；由于石墨蠕虫只是过程中间品，专指蠕虫时一般都特别说明。

德国专利《膨胀石墨导热板及其制造方法》，申请号200410057482.0，公开了一种热散发的方法。然而其特征在于板的厚度在于8mm与50mm之间，并且板材料的密度在0.01g/cm³与0.4g/cm³之间。受到以上权利要求中密度区间的界定，膨胀石墨的实际物理特性决定了，平行于板表面的导热系数不会很高，相应权利要求提出了5.5W/m·K。事实上就权利要求的密度范围这样的导热系数比较难达到，并且这样的导热率偏小，局限了导热通道，所以厚度很大(8-50mm)，材料浪费多。存在很多的改善空间。

美国专利《用于电子装置的散热解决方案》，专利号US 6,982,874：公开了膨胀石墨材料作为热传导的另一应用。本发明只是利用了膨胀石墨材料在高密度时在轧制方向的导热系数大，可以达到300-700 W/m·K.，而作为冷却电子元器件的传热通道，其原理基本局限于热传导，即利用高密度的膨胀石墨片材的热阻低，使得局部的热量能够快速地均布在该片材上，或通过再传导给散热器件如铝散热片等，把热导出，达到降温的目的。但是这样的设计没有把热传导出来的同时，通过辐射把热向四周发散而强化散热效果。

本发明做出了改进，提供了一种兼具传导、辐射功能，并且同时拥有很高的热传导率和辐射率的材料；该材料特征还在于可以用于红外波吸收，把波能高效转化为热能并低热阻地把热传导到指定的地方。

发明内容