[发明专利]一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料及超大容量储热式无源散热系统

说明书

本发明公开了一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料，包括水合盐和膨胀石墨以及石墨烯膜，其中水合盐占水合盐和膨胀石墨总质量的10～25％，石墨烯膜为水合盐和膨胀石墨总质量的5～20％；所述水合盐为十二水磷酸氢二钠、三水醋酸钠、二水草酸、十二水硫酸铝铵等中的一种或几种按任意比例的混合物。该超大容量化学储热材料，其储热密度可达到1200kJ/kg以上，比相变储热材料可提升1个数量级，相同功率下，重量或体积可以减轻50％以上。

技术领域

本发明涉及一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料以及采用该化学储热材料的无源散热系统，属于储热材料领域。

背景技术

导弹等武器内部等电子设备，如雷达导引头相控阵雷达、微波对抗器等，面临着严酷等热环境。一方面这些器件产生大量的热，另一方面这些器件产生的热无法与外界进行交换，难以排出去。如果这些热量在电子器件内部积累，造成电子设备超温，会引发器件性能下降，甚至造成硬件故障。因此，针对弹载电子器件，必须设计无外部冷源的散热系统，利用大容量的热沉吸收电子器件产生的热量，维持这些设备温度不超过最佳温度范围(在80～120℃之间)。

热沉是一种能够吸收器件产生的热量，减缓器件温度上升速率，实现电子器件无源散热的装置。现有的弹载电子器件的冷却系统主要是采用的是金属热沉，通过高导热、高密度的金属铜、金属铝等材料，借助金属显热吸收电子器件的热量，抑制其温度上升。然而，金属的显热小，1kg铜或铝温度从60℃升高至120℃，其吸热量约30kJ。因此，金属热沉重量大。近年来，相变热沉逐渐成为弹载设备的首选。相变热沉类似于冰融化成水的过程，利用材料从固体向液体的转变，吸收热量同时保持温度不变。相变热沉的储热密度远高于金属热沉，在相变过程中，其相变焓可以达到250kJ/kg的量级，加上相变材料自身的显热，其能量密度可以达到金属热沉的8倍以上。相变热沉技术发展推动了弹载热控系统的小型化轻量化。

然而，随着武器装备的高超声速化，电子器件功率密度快速增长，其发热密度急剧升高，比如相控阵雷达T/R组件的产热密度从30W/cm²向着100W/cm²快速攀升。但是设备进一步小型化的发展趋势却要求热控组件体积、重量进一步减小，相变热沉逐渐无法满足弹载电子设备散热密度的要求。因此，发展具有更高储热密度的储热式无源散热技术是应对武器装备高超声速化发展趋势的重要技术手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料，其储热密度可达到1200kJ/kg以上，储热密度比常规的相变储热材料有数倍或者一个数量级的提升；而且，相同功率下，重量或体积较相同密度的相变储热材料可以减少一半以上。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种用于弹载电子器件的超大容量化学储热材料，包括水合盐和膨胀石墨以及石墨烯膜；其中，水合盐占水合盐和膨胀石墨两者总质量的10～25％，石墨烯膜为水合盐和膨胀石墨两者总质量的5～20％。

按上述方案，所述石墨烯膜的厚度在0.25～0.75mm；所述膨胀石墨的粒度为40-200目，表观容积一般在250～350mL/g。

按上述方案，所述水合盐为三水醋酸钠、二水草酸、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、十二水硫酸铝钾、十二水硫酸铝等中的一种或几种按任意比例的混合物。

上述超大容量化学储热材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)按照质量分数计，将水合盐75～90％与膨胀石墨10～25％进行熔融共混，在高于水合盐熔点10～20℃的温度范围机械搅拌1小时以上，得到复合熔体，并静置等待其冷却至室温；