四川大学傅强教授课题组:具有类核壳式双填料分布的导热相变材料

相变材料(PCMs)由于相变过程中具有较高的潜热和等温性能,在热管理和储能/转换方面表现出巨大的应用潜力,但是由于其较低的热导率和较差的形状稳定性而限制了其进一步的应用(www.khdr.net)。关于这些瓶颈问题,与传统复杂的以及耗能严重的方法不同,我们提出了一种简单的策略,通过仅仅是物理混合的程序来制备由含有石墨烯纳米片(GNPs)和聚乙二醇(PEG)纳米复合材料的“核”及填充六方氮化硼(h-BN)的“壳”组成的二元填料呈类核壳状分布的相变材料。所制备的对应结构的材料不仅能够具有较高的导热系数,同时能够保证良好的形状稳定性和高水平的潜热及一定的电气绝缘性。

图 1 具有类核壳式双填料分布的导热相变材料的制备示意图。

本工作 通过简单的溶液混合和压制成型工艺创新性的将填料的类核壳结构用在相变材料的封装及导热强化上。通过控制“核”中石墨烯导电导热网络以及外部绝缘导热的六方氮化硼组成的“壳”网络的完善程度。成功制备了具有优异导热性、电气绝缘性良好及其它综合性能优异的复合相变材料

图2具有不同结构的导热相变材料的导热性能及热响应性。

图3所制备材料在电子器件热管理及光-热转化/存储上的应用展示。

结果表明,得益于“核”内部导热网络与外部“壳”导热网络的协同作用,使得材料的导热性能大幅提高,通过此种方法具有制得的材料热导率高达3.63 W·m-1K-1,远高于同等填料含量下的随机分布结构以及单隔离分布结构的导热系数。与此同时,较高水平的潜热(119.3 J·g-1);优异的形状稳定性,测试表明它可以在90 oC,负载200 g(重量是其自身重量的67倍)下保持其原来的尺寸。另外,结合优异的电气绝缘性能,进一步确保了它们在微电子器件实际应用中的安全。在热管理领域(瞬态电子冷却)和光-热收集转换(光-热转换效率高达81.2%)等应用上,我们的复合材料表现出优异的性能。此外,本文中所采用的制备工艺也为制备具有良好综合性能的相变材料提供了一条简捷方便的路线,对推动高性能相变材料的规模化应用具有重要的意义。

相关成果以标题为“Thermo-conductive phase change materials with binary fillers of core-shell-like distribution”发表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing四川大学高分子学院的硕士研究生薛森为本论文第一作者,四川大学高分子学院的傅强教授和吴凯副研究员为通讯作者。

来源:FQ课题组

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106326

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