[发明专利]一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料及制备方法和应用

说明书

本发明属复合相变材料设计合成和电磁屏蔽技术领域，为解决目前复合相变材料热管理、电磁屏蔽和阻燃功能无法兼容的问题，提供一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料及制备方法和应用。在作为热管理介质的相变材料中加入“手风琴状”结构的MXene作为形状骨架和导热剂，加入阻燃剂Mg(OH)subgt;2/subgt;充分混合杂化，抽滤得到复合相变材料，其可以直接应用于商业化的新型电子封装系统中。制备工艺简单，成本低廉，成果易转化，有较高潜在经济价值，社会及生态效益突出；所制备的复合相变材料结合了优异的形状稳定性、高效的热管理能力和电磁屏蔽性能，在微电子封装、电池热管理、热能存储和智能建筑等领域展现出广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合相变材料设计合成和电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料及制备方法和应用。

背景技术

相变材料在潜热储存的应用中起着主导作用，它可以在热量过剩时储存，在需要热量时释放，就像储水池中的水一样，它可以一定程度上克服能源供需之间的时空不匹配问题。由于其可在相变过程中储存/释放热量、低成本、易获取等突出特点，相变材料被广泛应用于太阳能转换和储存、电子热管理、建筑节能、余热利用和非高峰电力热储存系统等领域。

在日常生活中，出现了大量的小型化和高频通信电子设备。因此，电磁辐射逐渐成为人们需要面对的一个重要问题，它不仅会降低设备的运行精度，甚至危害人类健康。为了解决这些问题，EMI屏蔽材料的开发迫在眉睫。典型的EMI屏蔽材料会将大部分电磁辐射转化为热量，其持续暴露在电磁源中会导致大量热量积聚，最终可能导致设备损毁。解决EMI材料的热管理问题可以保护小型化和高频电子设备，这与前述相变材料的热能储存需求相一致。因此，亟需开发先进且将高EMI屏蔽和有效热管理能力结合起来的电子封装复合材料。

固液有机相变材料因其优越的性能而被认为是上述复合材料中理想的候选者，包括合适的相变温度、优异的化学稳定性、无毒性、低腐蚀性、易获取、和可忽略的过冷等特性。然而，其相变过程中的液体泄漏问题和低导热系数是两个长期存在的致命缺陷，导致其应用受到了一些阻碍。如果不能合理解决这两个问题，固液有机相变材料的泄漏将降低热管理性能；导热系数不足会降低电子产品充放电速度。

为了解决这些缺陷，目前主要采用两种方法：一是加入不同的添加剂来制备高导热相变复合材料，二是使用形状骨架或形状稳定技术将相变材料固定，骨架不仅可以防止相变材料泄漏，还可以增强复合材料的性能，这种方法还允许将复合相变材料加工成所需的形状。基于PEG的聚氨酯是复合相变材料中的代表性产品，其中PEG与聚氨酯骨架共价结合，以确保相变过程中的形状稳定性，但使用时仍需克服相变材料的低热导率问题。此外，其缺乏EMI屏蔽功能，目前尚未有研究致力于探索集高热导率、力学稳定性能、电磁屏蔽功能、阻燃性能与一体的电子封装复合相变材料。

发明内容

本发明为解决目前复合相变材料热管理能力、电磁屏蔽功能和阻燃特性无法兼容的问题，提供了一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料及制备方法和应用。

本发明是由如下技术方案实现的：一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料在电磁干扰EMI屏蔽中的应用，所述复合相变阻燃材料为：在作为热管理介质的相变材料中加入“手风琴状”结构的骨架材料作为形状骨架和导热剂，加入阻燃剂充分混合杂化，抽滤得到复合相变阻燃材料；其中所述骨架材料为MXene、PPY或碳化明胶中的任意一种；所述相变材料为PEG、葵酸、十二醇或十八烷中的任意一种；所述阻燃剂为Mg(OH)₂、DBDPO或溴化聚苯乙烯中的任意一种；所述骨架材料、相变材料和阻燃剂三者的质量比是：1~1.5:7~8:1~1.5；所述复合相变阻燃材料作为电子封装材料包覆于电器或电池上。

所述骨架材料为“手风琴状”结构的MXene；所选相变材料为PEG；所选阻燃剂为Mg(OH)₂。

进一步的，所述相变材料为膜、固体粉末或块体中的任意一种。