[发明专利]一种兼具吸热/吸波双效功能的薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具吸热/吸波双效功能的薄膜材料及其制备方法，该复合薄膜材料是以水溶性的高分子，如聚乙烯醇(PVA)、纤维素钠、明胶等为壳层，以相变材料聚乙二醇(PEG)为芯层，以磁性纳米粒子，如金属(Fe、Co、Ni)、金属合金(FeCo)、金属氧化物(Fe₃O₄、NiO、CoFe₂O₄)等为吸波填料，通过同轴静电纺丝的方法制备。本发明的特点在于以水作为纺丝溶剂，所制备的纤维具有核壳结构，克服了相变芯层发生固―液相转变时易出现泄漏的问题，且相变芯层的含量高。此外，磁性纳米粒子本身具有较高的磁损耗正切角，能够用于电磁波的吸收和衰减。因此，所制备的复合薄膜材料具有制备过程绿色环保、相变潜热高、电磁波吸收性能好、循环使用性能稳定等优点，可同时满足薄膜材料的吸热/吸波的多功能化应用需求。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种兼具吸热/吸波双效功能的薄膜材料及其制备方法，能够作为电子设备吸热以及吸波材料。

背景技术

随着科技的快速发展，电子设备发展具有微型化、高度集成化以及大功率化等特点。但这也带来一系列的问题，由于设备逐渐微型化，传统的散热方法效果较差，这使得设备散热变得困难。同时随着设备的集成化程度增加，其功能逐渐增多，功率也逐渐增大，这必然会大大增加设备的产热量。另一方面，随着通讯技术的快速发展，一些便携式移动设备比如电脑、手机、手环等已被广泛的应用在人们的生活中。人们在享受着科技带来的便捷的同时也无时无刻遭受着这些设备产生的电磁波辐射，这些电磁辐射不仅会对人们的身心健康产生很大的影响，同时还会对电子设备的运转和精度产生很大的影响，造成信息泄露。因此，针对电子设备制备出一种具有高效热管理，同时兼具优异电磁波吸收功能的复合薄膜材料极具应用潜力。相变材料可以通过自身相态的转变吸收/释放大量的潜热，具有相变温度恒定、储热密度大、性能稳定等诸多优点。相变材料的种类繁多，根据化学组成可以分为有机相变材料、无机相变材料和复合相变材料。有机相变材料包括羧酸类、醇类、石蜡、脂肪酸类以及部分高分子材料。无机相变材料包括水合盐、金属合金、氢氧化物等。复合相变材料是指由两种及两种以上的材料复合而成的相变材料，能够克服无机类或有机类相变材料的单一缺点并能够整合两者的优点，从而拓宽相变材料的应用范围。其中，有机相变材料具有诸多优点，包括相变温度范围广、相变潜热高、成型较为优良、基本没有过冷和相分离现象、腐蚀性较小，同时兼具良好的化学稳定性以及循环性能。但是，有机相变材料在固–液相变过程中存在体积变化较大、易发生泄漏等缺点。为了解决以上问题，研究人员开发了多孔材料吸附、微胶囊封装、纤维封装等限制熔融相变材料泄露的方法。吸波材料主要包括电损耗吸波材料、磁损耗吸波材料、电磁复合吸波材料。电损耗吸波材料主要包括碳基吸波材料、过渡金属硫化物吸波材料。磁损耗吸波材料包括磁性金属、磁性金属合金、铁氧体等。其中，磁损耗吸波材料能够通过磁滞损耗、铁磁共振和涡流损耗等大量吸收电磁波的能量，并将电磁波转化为热能以达到吸波的目的，具有优良的吸波性能，是国内外研究人员的研究热点。

静电纺丝技术是指喷丝头处的聚合物溶液或熔体在电场力和表面张力的作用下形成泰勒锥，随着纺丝液不断被推入电场，纺丝液会从泰勒锥尖端喷出，带有电荷的聚合物溶液或熔体会在静电场的作用下进行喷射、拉伸、溶剂挥发等一系列程序后形成纤维。在制备过程中为了获得更好的成纤性能，单轴静电纺丝通常使用有机溶剂作为纺丝液溶剂。同轴静电纺丝是在单轴静电纺丝的基础上发展而来的，而同轴静电纺丝技术是将壳层溶液和芯层溶液分别置于不同的推进装置中，在同轴喷嘴的喷丝处相遇形成复合泰勒锥。在高压电场作用下，壳层纺丝液经过电场力的拉伸后高速喷射，核层纺丝液交界面间能够产生剪切应力，能够使得核层纺丝液沿着壳层纺丝液同轴运动，进而形成一种同轴射流。随后由于溶剂的挥发，核层和壳层材料固化分离，形成同轴结构的纳米纤维。因此，基于同轴静电纺丝技术制备的纤维具有芯层包覆效率高、封装效果好等诸多优点。同时，其较单轴静电纺丝制备的纤维而言具有更好的均匀性以及连续性。故采用同轴静电纺丝方法制备的核壳结构纤维材料在复合相变材料、生物医学、电池、传感器、催化工业等领域具有广泛的应用前景。此外，基于同轴静电纺丝技术制备的核壳结构相变纤维也受到了研究者们的广泛关注。

发明内容