[发明专利]石墨烯多孔薄膜、相变储能复合材料

说明书

本发明公开了一种石墨烯多孔薄膜、相变储能复合材料，属于新材料技术领域；旨在提供一种热导高、重量轻、储能密度大的相变储能复合材料。其方法是将氧化石墨烯制备成凝胶，然后按湿态推出成膜方式制成含盐离子的氧化石墨烯薄膜；或者将石墨烯制成含发泡剂的石墨烯溶液，然后按喷涂方式制成含发泡剂颗粒的石墨烯薄膜；将上述氧化石墨烯薄膜或石墨烯薄膜石墨化热处理，得到石墨烯多孔薄膜；将该石墨烯多孔薄膜浸入相变储能材料中，直至相变储能材料完全填充石墨烯多孔薄膜的微孔。本发明储能密度大、导热率好、成本低、重量轻；是一种可用于电子元器件的相变储能散热复合材料。

技术领域

本发明涉及一种相变储能复合材料，尤其涉及一种石墨烯多孔薄膜、相变储能复合材料；属于新材料技术领域。

背景技术

石墨薄膜一种是面内导热率非常高、密度轻、且具有高导电性，由碳形成的层状结构材料。由于石墨薄膜的厚度能够控制在50微米以下，且具有柔软性，因而一直被用作为在狭小空间内的散热材料来有效的消除过热点。但随着石墨薄膜厚度的减薄，致其横截面积急剧降低，因此传热量也急剧下降。在覆盖有石墨薄膜的电子器件中，过热点热量难以扩散开，因而器件的温度依然过高。

众所周知，物质在相变过程中会吸能和释能；固-液有机相变材料目前已成为最受关注、应用最为广泛的相变材料。有机相变材料具有储能密度高、储能温度容易控制、选择范围广等优点，目前在电子器件散热领域已经进入实用化和商品化阶段。但有机相变材料存在易泄漏、封装要求高、易老化等缺点，极大的限制了其应用。另一方面，低热导率是限制有机相变储热材料大规模推广应用的另外一个技术瓶颈问题。

定形相变材料是由相变材料、高分子支撑和封装材料组成的复合贮能材料，由于高分子囊材的微封装和支撑作用，作为芯材的相变材料发生固-液相变时不会流出，且整个复合材料即使在芯材熔化后也能保持原来的形状不变,并有一定的强度；因此在一定程度上改善了相变储热材料的性能。然而，采用有机高分子聚合物包覆相变材料容易导致热导率降低，储能效率会受到很大影响；因此通常将氧化铝、氧化镁、石墨等作为导热添加剂均匀分散于相变材料中，通过改善相变材料自身导热率来达到提高吸热放热功率的目的。此类方法虽然能提高相变材料的吸热速度，但是随着器件的散热性要求的提高，也增加了导热添加剂的加入量。当填充量较大时会导致以下三个问题:（1）相变材料所占的比例下降，复合相变材料相变焓下降较多；（2）当填充量过多时，由于密度较大，长期使用会导致少量的相分离；（3）材料的质量和成本增加较多。

石墨烯是一种新型碳材料，它具有由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构，是世界上厚度最小、质量最轻、强度最大的物质之一。另外，石墨烯还具备很好的热学性能。研究发现，石墨烯导热系数高达5000W/m.K，是普通金属热导率的10～100倍。不仅如此，石墨烯的二维结构容易在基体中形成导热通道，并兼具密度小、热膨胀系数低和耐腐蚀等优点，是一种提高热导率的理想填充物。若能将石墨烯作为强化传热载体，则有可能克服单一相变材料热导率低的缺点，缩短复合体系热响应时间、提高换热效率、改善相变复合材料在电子器件热管理中的散热效率。

发明内容

针对现有技术中有机相变材料易泄漏、封装要求高、易老化、低热导等上述缺陷，本发明旨在提供一种热导高、重量轻、储能密度大的石墨烯多孔薄膜、相变储能复合材料。

为了实现上述目的，本发明复合材料的制备方法是将相对密度为0.1～2g/cm³的石墨烯多孔薄膜浸入有机相变储能材料中，直至该有机相变储能材料完全填充所述石墨烯多孔薄膜的微孔。

上述技术方案中所述石墨烯多孔薄膜制备方法如下：

1）将单层氧化石墨烯、或多层氧化石墨烯、或单层氧化石墨烯与多层氧化石墨烯的混合物制备成浓度为5～20g/ml的凝胶；

2）按湿态推出成膜的方式将上述凝胶制成厚度为1～1000μm的氧化石墨烯薄膜，推出速度为1～15cm/min；