[发明专利]一种高导热快响应相变储能复合材料及其制备方法

说明书

本发明为一种高导热快响应相变储能复合材料。所述复合材料由三维高定向石墨烯网络结构为骨架，再浸渍有机相变材料构成。高定向石墨烯网络结构制备方法可以是：氧化石墨烯水溶液定向冷冻干燥，水合肼还原，高温热处理，以及冷压调控密度；也可以是：石墨烯粉末冷压成型及高温热处理。有机相变材料采用烷烃，浸渍工艺可以是普通浸渍，也可以是真空浸渍。与现有相变储能复合材料相比，本发明热导率提高17倍、响应速度提高20倍以上，并且可以实现有效的封装相变基质，可大大促进相变储能复合材料在诸多领域的应用。

技术领域

本发明属于储能复合材料领域，具体涉及一种高导热快响应相变储能复合材料及其制备方法。

背景技术

材料在发生相变时会吸收或者放出热量，称之为相变潜热。利用材料的相变潜热不但可以将多余的能量储存起来以达到降温的目的，而且还可以将储存的热量转移用于其他需要热量的地方，这对于电子器件的热管理和合理利用多余热量都具有重要的意义。

随着信息技术的发展，电子器件的功率密度越来越大，而且体积越来越小，因此电子器件放出的热量就越来越大，很多电子元器件由于瞬间工作功率过大，导致温度升高过快，从而造成电子器件失效，因此必须以最快的速度将瞬间产生的能量吸收掉，这就要求相变材料的响应速度非常快，否则一旦滞后，就没法起到“削峰填谷”的作用。将快速热响应复合相变储热材料应用于电子器件的散热器中，针对大多数电子器件满负荷工作时间短而待机时间长的特点，对电子器件及芯片因散热而引起的表面温度升高可将部分热量储存起来，而在其待机发热量低时再释放出储存的热量，这样可有效提高电子器件抗高负荷热冲击的能力，保证电子电器设备运行的可靠性和稳定性，同时在低温环境中电子器件可不经过预热便能正常工作。复合相变储热材料的散热技术可广泛应用于各类电子产品中，具有广泛的应用前景。

而现有的相变储能材料热导率非常低（只有不到10W/m·K，甚至更低），如此低的热导率就很难迅速的将热量传递给石蜡等相变材料，所以响应速度太慢，需要几分钟甚至更长，就失去了相变储能材料的作用。

发明内容

针对上述传统相变储能材料响应速度慢、热导率低的问题，本发明提出一种响应速度快、储能量高并且能有效封装相变材料的基于高定向石墨烯网络结构的高导热快响应相变储能复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高导热快响应相变储能复合材料，所述的复合材料以高导热高定向石墨烯网络结构为骨架，浸渍有机相变材料构成。

一种上述的高导热快响应相变储能复合材料的制备方法，所述的方法包括以下制备步骤：

步骤一：高导热高定向石墨烯网络结构的制备及密度或孔隙率调控；

步骤二：浸渍有机相变材料。

进一步地，所述的步骤一，为以下两种方式中的一种：

方式一：定向冷冻干燥法

（1）不同浓度氧化石墨烯溶液的制备：取5 mg/mL的氧化石墨烯水溶液于离心管中，通过离心机进行离心后，取走上层清液，经过不同次数的多次离心之后获得8~25mg/mL的氧化石墨稀水溶液，之后进行搅拌2h，超声震荡1h；

（2）采用冷冻干燥的方法制备氧化石墨烯网络结构：以氧化石墨烯水溶液为原材料，将氧化石墨烯水溶液倒入模具中，进行定向冷冻，脱模后得到含氧化石墨烯的冰块，然后将样品放入冷冻干燥机中，7~10天后取出，得到氧化石墨烯网络结构；

（3）高定向氧化石墨烯网络结构的还原：采用水合肼为还原剂，对氧化石墨烯网络结构进行还原：把水合肼放入密封罐的底部，然后上面放入支架，把氧化石墨烯网络结构放在支架上，密封罐密封；之后把密封罐放入80~100°C的烘箱中，24小时后取出，得到石墨烯网络结构；