[发明专利]一种液态金属相变微胶囊及其制备方法

说明书

本发明提供一种液态金属相变微胶囊，该微胶囊为采用溶胶‑凝胶法，以液态金属为芯材、非金属氧化物为壁材制备的所得结构，包括：相变核以及包围相变核设置的外壳，相变核为液态金属核芯，外壳为非金属氧化物层；液态金属为铋铟锡合金、铋铟合金或镓铟锡合金；非金属氧化物为二氧化硅或二氧化钛。本发明还提供一种液态金属相变微胶囊的制备方法。本发明采用溶胶‑凝胶法制备单层无机壁材的液态金属相变微胶囊，有效阻止了液态金属相变材料对一些金属表面的侵蚀，具有较高的导热系数，良好的热稳定性。

技术领域

本发明涉及无机相变材料技术领域，具体而言，尤其涉及一种液态金属相变微胶囊及其制备方法。

背景技术

低温相变材料在电子元器件散热方面的应用，可有效抑制局部温度的快速升高，具有良好的控温能力，有效降低能耗。传统的有机/无机相变材料，存在导热性能差、凝固点高、相变过程体积膨化率大的缺点。液态金属相变材料具有相变温度恒定、储能密度大、储放热过程近似等温、导热率高、安全无毒的特点，但其在固-液相变过程中仍有泄露的隐患。

胶囊化实现了相变材料的固态化，不仅可增加相变材料稳定性，也能够提高相变材料的传热效率，同时便于相变材料的使用、贮存和运输。

相变微胶囊的壁材可分为有机壁材和无机壁材两种，有机壁材通常包覆效果较好，但其机械强度低、热传导性不高、长期使用易老化失效。相比于有机壁材，无机壁材具有耐高温、化学性质稳定、导热系数高的优点。

现有的对无机相变材料进行无机壁材包覆制备微胶囊的技术，其缺点主要是由于芯材的无机相变材料自身导热系数不高、单位体积的熔化焓较小，导致微胶囊整体与外界热交换速率不高。

发明内容

根据上述提出的由于芯材的无机相变材料自身导热系数不高、单位体积的熔化焓较小，导致微胶囊整体与外界热交换速率不高的技术问题，而提供一种液态金属相变微胶囊及其制备方法。本发明主要采用溶胶-凝胶法制备单层无机壁材的液态金属相变微胶囊，有效阻止了液态金属相变材料对一些金属表面的侵蚀，具有较高的导热系数，良好的热稳定性。

本发明采用的技术手段如下：

一种液态金属相变微胶囊，所述微胶囊为采用溶胶-凝胶法，以液态金属为芯材、非金属氧化物为壁材制备的所得结构，包括：相变核以及包围相变核设置的外壳，所述相变核为液态金属核芯，所述外壳为非金属氧化物层；所述液态金属为铋铟锡合金(Bi-0.582In-0.188Sn)、铋铟合金(Bi-0.645In)或镓铟锡合金(Ga-0.685In-0.215Sn)；所述非金属氧化物为二氧化硅或二氧化钛。

进一步地，所述相变核和外壳之间还可设置PVP非金属层，其中，PVP非金属层包围液态金属核芯设置，非金属氧化物层包围PVP非金属层设置。

本发明还提供了一种液态金属相变微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

S1、将溶剂、表面活性剂、表面改性剂、液态金属合金/液态金属微球均匀混合得到芯材溶液；

S2、选取含高化学活性组分的化合物为前驱体，将前驱体与溶剂均匀混合得到壁材预聚体溶液，为二氧化硅溶液或二氧化钛溶液；

S3、将壁材预聚体溶液逐滴加入到芯材溶液中，进行微胶囊的合成，经水解、缩合化学反应后，在溶液中形成透明的溶胶体系，然之后溶胶经过陈化，胶粒间进一步聚合形成三维空间网络结构的凝胶，最后将凝胶经过离心、清洗、干燥制备出微纳米级别结构的液态金属相变微胶囊。

进一步地，所述步骤S1的具体步骤如下：

S11、将液态金属合金/液态金属微球与溶剂混合，搅拌后得到液态金属混合溶液；其中，液态金属合金与溶剂混合后使用均质机进行均质，液态金属微球为由喷射制备成的合金小球；