CN104726069A - 一种新型相变材料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型相变材料组合物，主要由碳纳米管、石墨烯、气相二氧化硅、金属或金属氧化物的颗粒物以及相变材料组成。其中碳纳米管、石墨烯和金属或金属氧化物的颗粒物能够进一步加速热量传导；相变材料用于提高热端的初始温度吸收速率；气相二氧化硅能够起到防沉和增稠的作用，防止相变材料吸热液化后石墨烯和颗粒物聚集沉降；碳纳米管、石墨烯以及金属或金属氧化物在流体(相变材料吸热融化)内部最终形成颗粒(金属或金属氧化物)+线(碳纳米管)+平面(石墨烯)的全三维网络分们。本发明所述新型相变材料组合物具有高导热率和低热阻值，在保持相变材料较高比热容特性的情况下，大大提高了相变材料吸热、储热和散热的效率，具有较强的实用价值。

Description

一种新型相变材料组合物
技术领域
本发明属于相变材料领域，特别提供一种新型相变材料组合物。
背景技术
随着全球温室气体排放问题日益严重，生态系统环境也随之恶化，节能减排已成为全球议题。世界各国相继出台节能减排的相关政策和工作方案，寻求更加绿色节能环保的照明方式，低能耗LED光源继而受到极高的重视。LED(Light Emitting Diode)是一种半导体全固态发光器件，属于注入型发光器件，其优越性在于拥有寿命长、体积小、节能、安全等特点。目前，单个LED器件的功率已经从最初的毫瓦级跃至现在的数十瓦级。据测试，单个LED器件的电光转换效率仅为10％～30％，其余约70％～90％的电能则转化为热能。当多个LED密集排列组成照明系统时，电能转换为热能更加严乖。因此，解决大功率LED的散热问题也已成为其广泛应用的先决条件。
针对大功率LED照明系统等发热源的系统散热问题，常采用主动及被动散热方式，而许多工作场合由于不能有机械振动与机械噪音、功率较小且要求散热成本低、尺寸或结构等原因不便安装风扇基体等情况。因此，在各类LED散热器的空腔中注入相变材料，利用相变材料的相变潜热来进行热能的储存或释放，快速的将热源处的热量吸收储存，住通过散热器将储存的热量散失到环境中，以此来提高整个系统的散热性能。此外，相变材料在相变时还具有温度近似恒定的特性，可以达到控制温度的目的，使整个散热系统的温度比较均衡稳定，防止发生温度快速变化或波动，对LED光源造成损害。
相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中，无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物；复合PCM主要是有机和无机共融相变材料的混合物。在这些相变材料中，相变温度在20～80℃之间的相变材料在吸热、储热方面有很好的用途，但是其大多成本较高、传热或导热性能差，使得其在散热领域的推广应用存在一定的困难。生产一种相变潜热大、导热率高、生产工艺简单、性能较稳定的相变材料有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种导热率高，储热和传热效果更好的新型相变材料组合物。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型相变材料组合物，其特征在于：包括相变材料主成分、添加物，以相变材料的总重量100％计，
相变材料丰成分70％～90％
添加物10％～30％
所述添加物的组成成分为碳纳米管、石墨烯、气相二氧化硅和颗粒物。
其中所述的新型相变材料给合物，其特征在于：所述的相变材料主成分是指石蜡、微晶体蜡、液体石蜡、聚乙烯蜡(ACPE)、半精炼石蜡、聚乙二醇6000等相变材料中的一种或其组合物。
其中所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的相变材料主成分的凝固点在20～80℃。
其中所述的新型相变材料组合物，其特征在于：以所述添加物的总重量100％计，所述的添加物中各成分的质量比为：
气相二氧化硅  5％～10％
碳纳米管  2％～5％
石墨烯  30％～60％
颗粒物  30％～60％
其中所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的碳纳米管的纯度≥95wt％，灰分≤0.2wt％，比表面积约为40～300m2／g。
其中所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的颗粒物是指氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、铜粉(Cu)等金属或金属氧化物的一种或其组合。
其中所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的颗粒物的粒径在0.1～100um之间。
其中所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的新型相变材料还包括仟选的稳定剂、流平剂、着色剂、触变剂等其他添加成分。
与现有技术相比，本发明所述新型相变材料的有益效果是：
(1)作为添加物之一的单层石墨烯的导热率为3080-5150W／(M·K)，多层有墨烯的导热率一般也在1500W／(M·K)以上，远高于相变材料本身的导热率。石墨烯的加入使得系统整体的导热系数有了较大的提高。
(2)碳纳米管的加入有利于其在相变材料中的分散，并可由此在相变材料中形成一个有效的导热网络，提高相变材料热性能。
(3)选用金属或金属氧化物颗粒作为无机颗粒，增大了材料的比表面积，显著地提高热端初始温度的吸收速率和相变材料的导热率，趄到快速吸热、传热的功效。
(4)气相二氧化硅的加入能够起到防沉和增稠的作用，防止相变材料吸热液化手石墨烯和颗粒物聚集沉降。
(5)本发明将碳纳米管、石墨烯以及金属或金属氧化物颗粒作为添加物的基本组成，最终在流体(相变材料吸热融化)内部形成了“点-线-面”的全三维网络分布，具有高导热率和低热阻值，在保持相变材料较高比热容特性的情况下，大大提高了相变材料吸热、储热和散热的效率，具有较强的实用价值。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点就会随着描述而更加清楚，但并不作为对本发明做任何限制的依据。本领域技术人员应该理解的是，在阅读了本发明之后，对本发明的各种等价形式的修改或替换均落于本发明保护范围内。
最佳实施例1
采用的添加物成分及其质量比为：碳纳米管、石墨烯、颗粒物、气相二氧化硅的质量比为1∶10∶8∶1，添加物整体与相变材料的质量比为1∶4。
上述最佳实施例中所述碳纳米管的纯度≥95wt％，灰分≤0.2wt％。
上述最佳实施例中所述颗粒物为氧化铝(Al2O3)，平均粒径为10um。
上述最佳实施例中所述相变材料为石蜡，相变温度为70℃。
上述最佳实施例的制备方法：将石蜡加热至完全融化，再将质量比为1∶10∶8的碳纳米管、石墨烯与颗粒物倒入石蜡熔融液中进行预混，搅拌至混合均匀后，缓慢加入所需质量的气相二氧化硅，继续搅拌至混合均匀后，冷却即可得最终的新型相变材料。
比较例
采用不添加任何添加物的相变材料。
上述比较例中所述相变材料为上述最佳实施例1中所述的石蜡，相变温度为70℃。
测试数据比较
1、新型相变材料比热容对比测试
根据ASTME 1269-11标准，采用差示扫描量热仪DSC200F3测试得到25℃时，最佳实施例1制得的新型相变材料的比热容为2.15J／(g·k)；对比例所述的相变材料的比热容为2.30J／(g·k)。
2、新型相变材料导热系数对比测试
根据GB／T22588-2008，采用激光散射法导热系数测量仪LFA447测得25℃时，最佳实施例1制得的新型相变材料的导热系数为0.96W／(m·K)：对比例2所述的相变材料的导热系数为0.25W／(m·K)。
3、综上，本发明将碳纳米管、石墨烯、气相二氧化硅以及金属或金属氧化物颗粒作为添加物的基本组成，最终在相变材料内部形成了“点-线-面”的全三维网络分布，具有高导热率和低热阻值，在保持相变材料较高比热容特性的情况下，大大提高了相变材料吸热、储热和散热的效率，具有较强的实用价值。

Claims (8)

1.一种新型相变材料组合物，其特征在于，包括相变材料主成分、添加物，以相变材料的总重量100％计， 
相变材料主成分  70％～90％ 
添加物  10％～30％ 
所述添加物的组成成分为碳纳米管、石墨烯、气相二氧化硅和颗粒物。 
2.如权利要求1所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的相变材料主成分是指石蜡、微晶体蜡、液体石蜡、聚乙烯蜡(ACPE)、半精炼石蜡、聚乙二醇6000等相变材料中的一种或其组合物。 
3.如权利要求1至2所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的相变材料主成分的凝固点在20～80℃。 
4.如权利要求1至3所述的新型相变材料组合物，其特征在于：以所述添加物的总重量100％计，所述的添加物中各成分的质量比为： 
气相二氧化硅  5％～10％ 
碳纳米管  2％～5％ 
石墨烯  30％～60％ 
颗粒物  30％～60％ 。
5.如权利要求1至4所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的碳纳米管的纯度≥95wt％，灰分≤0.2wt％，比表画积约为40～300m2／g。 
6.如权利要求1至5所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的颗粒物是指氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、铜粉(Cu)等金屈或金属氧化物的一种或其组合。 
7.如权利要求1至6所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的颗粒物的粒径在0.1～100um之间。 
8.如权利要求1至7所述的新型相变材料组合物，其特征在于：所述的新型相变材料还包括任选的稳定剂、流平剂、着色剂、触变刑等其他添加成分。 
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