[发明专利]氮化硼气凝胶相变薄膜、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氮化硼气凝胶相变薄膜、其制备方法及应用。所述氮化硼气凝胶相变薄膜由氮化硼气凝胶薄膜及相变材料组成，所述氮化硼气凝胶薄膜具有由氮化硼纳米带相互缠绕、搭接形成三维多孔网络，所述相变材料填充在氮化硼气凝胶薄膜的多孔网络中。所述制备方法包括：对块体形式的三聚氰胺硼酸盐基材料进行切割、压力诱导组装、高温热解及相变材料熔融填充，相继实现对材料的轻薄化、致密化、热解纯化及复合填充，获得氮化硼气凝胶相变薄膜。本发明所获氮化硼气凝胶相变薄膜具有热能可逆吸收与释放的功能，可用于便携式电子设备及未来5G技术下可穿戴电子设备的热管理，为人体及电子元件创造舒适的使用环境与工作环境，并且制备工艺简洁。

技术领域

本发明涉及一种氮化硼气凝胶相变薄膜及其制备方法与应用，属于能源材料与纳米技术领域。

背景技术

气凝胶是一种分散介质为气体的、具有连续三维多孔网络结构的低密度固体材料。自1932年，美国化学家Samuel Stephens Kistler首次利用超临界流体干燥技术制备得到“固体的烟”——氧化硅气凝胶以来，气凝胶作为材料家族的新成员受到人们的关注及研究。近一个世纪的发展，一系列的具有不同材质、结构及性能的气凝胶相继被合成，如氧化硅气凝胶、金属氧化物气凝胶(TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂等)、金属单质气凝胶(如金)、高分子气凝胶(聚苯胺、聚吡咯、聚酰亚胺等)、碳气凝胶及新型纳米碳气凝胶(石墨烯、碳纳米管等)、半导体硫化物气凝胶、碳化物气凝胶(碳化硅、钛碳化铝等)、天然高分子气凝胶(即纤维素和其他多糖和各种蛋白质)及氮化硼气凝胶等，极大的丰富了气凝胶的家族，扩展了气凝胶的研究领域及应用方向。

气凝胶的合成均基于溶胶-凝胶转变这一过程，且多发生于三维空间内，难以是现在限域空间内的、均匀的溶胶凝胶转换。同时，凝胶-凝胶转换需要长时间的静置、老化过程，受限于气凝胶的溶胶-凝胶合成，所得气凝胶及其相变复合材料多为宏观块体。难以在薄的空间内实现溶胶-凝胶转换。且块体材料固有的刚性、僵硬等缺点，使其难以适应于目前微型化、集成化、智能化的电子器件及智能系统之中。

另一方面，固液相变材料在较窄的温度区间内可通过可逆的固液相变过程，吸收与释放大量的热量。因此，被认为是一种很有前途的热管理材料。然而，固液相变材料在使用过程中，熔融态的相变材料具有流动性，易发生泄露，带来一系列问题。

基于此，气凝胶以其超低的密度、高的孔隙率和强大的毛细管力被作为一种载体，合成形状稳定的相变复合材料。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。

此外，随着电子系统与器件的微型化、集成化及5G技术的嵌入，电子设备的功率日益增长。随之而来的电子元件发热问题越来越严重。大量的热量通过散热片进行耗散。然而，这种热量耗散的行为，使得热量向人体传输，带来热不舒适性及烫伤等危险。因此，在狭窄、紧密的空间内及复杂的应用场景下，如何实现对热量的有效管理，对新材料提出轻而薄、柔而强韧等提出新的需求。

鉴于传统气凝胶所具有的块体、大尺寸带来的僵硬与刚性等缺陷，及微型化电子系统对新材料提出的薄、轻、柔及多功能集成等需求，迫切需要并提出一种气凝胶薄膜及多功能相变复合薄膜及简易的制备方法，将气凝胶及复合材料的结构形态、性能与应用推向一个新的高度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮化硼气凝胶相变薄膜、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种氮化硼气凝胶相变薄膜的制备方法，其包括：

提供三聚氰胺硼酸盐基材料，所述三聚氰胺硼酸盐基材料包括主体材料与添加剂，所述主体材料包括硼酸和三聚氰胺；