[发明专利]相变微球、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种相变微球、其制备方法及应用。所述相变微球主要由气凝胶微球和相变材料组成，所述气凝胶微球具有三维多孔网络结构，且所述相变材料均匀分布于所述三维多孔网络结构中。所述制备方法为以气凝胶微球为模板，通过将气凝胶微球浸渍于熔融态相变材料中，经熔融填充、冷却固化，获得相变微球。本发明的相变微球具有独特的电学性能、电阻突变、电阻可调、高的热焓及良好的循环稳定性，在热流稳定器应用中展现出对热量的高度灵敏性，极低的热量可使其发生电阻突变，保护电路，并且在高频电流、低频电流、恒电流及交流/恒电流交叉变化的电路中均可展现出优异的热量敏感性及电阻突变性能，具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种新型功能性微球，尤其涉及一种功能性相变微球及其制备方法与应用，属于纳米多孔材料及相变储能技术领域。

背景技术

气凝胶的产生起源于上世纪三十年代，由美国加州太平洋大学化学家Sterven.S.Kistler无意中发明的一种物质，俗称“冷冻烟雾”，将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。经过八十多年的发展，气凝胶材料已逐步实现商业化，在诸多领域有着重要的应用。

相变储能材料的潜热储存，对于周围环境、太阳能及机车或电子器件所产生废热的利用，是一种最为可行的方法。有机固-液相变材料具有宽的相变温度范围、稳定的化学性质、高潜热、价廉等优点。然而由于其低热/电导率、泄露等问题限制其应用。寻找合适的支架材料并赋予相变储能材料以高的热/电导率、良好的形状稳定性及高的相变焓，是尤为重要的。目前，金属泡沫、碳气凝胶、石墨烯气凝胶、碳纳米管海绵及碳纳米管阵列等多孔材料被用于有机相变储能材料的研究中，赋予其优异的电/热导率，并可光或电驱动进行热能转换与储存。故利用气凝胶这一材料改善相变储能材料的困境，是极为可行并有着极大的应用前景。

受到摩尔定律的影响和科技发展的需要，集成的电路工艺不断进步。目前商用的晶体管已经缩减至10nm，正不断逼近硅原子的极限。因此开发新的半导体材料显得至关重要。目前，已经有多种新型半导体材料被用于制备晶体管，如碳纳米管、石墨烯、二硫化钼等。然而尽管这些材料具有良好的热/电导率，但热容非常小。特别是实际应用中，单个器件所使用的半导体质量很小，实际热容更小，且这些半导体材料长时间处于高频率和大电流环境中，最终，不断起伏波动的电压/电流所带来的焦耳热会在器件上累积，从而导致器件损坏。这些面临的问题表明，需要在电子电路中引入器件或材料，使其检测不正常工作电流，并吸收额外热量，达到保护电路的目的。

传统的相变储能材料，多以大型设备容器封闭或大尺寸、块体的支架材料应用于相变储能材料。其中气凝胶的引入使得相变材料展现出良好的电、光的热响应，实现热能的转换与利用。然而传统应用中这种大尺寸并不能适用于现在的微型器件及越来越微型化的电子电路中，故具有不同尺寸的气凝胶微球，如中国专利201610355135中，采用喷墨打印-液体弹珠-超临界流体技术获得的石墨烯气凝胶微球，具有良好的单分散性、良好的导电性、疏水性、高孔隙率及高的比表面积，且尺寸在500nm-5mm之间可调，将会成为相变材料在微型器件及微型电子电路应用中的最好的支架材料选择。

鉴于传统块体、大尺寸及无规则形状的结构，迫切需要并提出一种结构与性能新颖的相变储能材料及制备方法，来达到工艺简单、身缠周期短、成本低的目的，充分发挥相变储能材料的优势，将相变材料的应用推向一个新高度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种相变微球及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的又一目的在于提供前述相变微球的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：