一种负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料及其制备方法，本发明还 涉及使用该相变材料在电子器件的生产中的应用，属于能源材料领域。
【背景技术】
[0002] 相变材料（phase change materials，PCMs)又称为潜热储能材料（latent thermal energy storage, LTES)具有储能密度大、储能和释能过程中近似为等温等优点。
[0003] 目前，国内外各种相变材料强化传热技术主要包括在相变材料中添加金属填料、 添加石墨、插层法、进行胶囊封装和组合相变材料等。由于金属材料易腐蚀，与很多相变材 料不匹配，加之其密度大，导致整个蓄热系统的重量增加，降低了体系的储能密度。添加石 墨时一般都是将相变材料制备成定形相变材料，这种复合材料在发生相变时宏观上仍能保 持固体形态，而不会发生泄漏，不需要进行封装，但是也存在相变材料析出的缺点。插层制 备的封装程度和封装效率较低，因此对使用环境要求相对苛刻。微胶囊技术由于其制备工 艺复杂，相变材料和壁材的选择具有某种定向性，目前基本只能在有机材料范畴进行研究， 这就会导致其导热、耐热、耐火功能下降。而以石蜡为代表的有机相变潜热储能材料普遍存 在导热系数低，换热性能差的缺点。综上所述，大部分相变材料及其封装技术在使用范围和 使用领域都具有一定的局限性。
[0004] 因此，相变材料的封装技术是相变材料研究的热点问题和实际应用的技术瓶颈。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中以石蜡为代表的有机相变潜热储能材料存在 导热率低、换热性能差的缺点，提供一种负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料及其制备 方法，以及使用该负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料在电子器件的生产中的应用。
[0006] 本发明提供了一种负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料，其中，该负载氧化锌 纳米管阵列薄膜型相变材料含有氧化锌纳米管阵列薄膜载体及负载在所述氧化锌纳米管 阵列薄膜载体上的相变材料，且以该负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料的总重量为基 准，所述相变材料的含量为5-95重量％，优选为20-50重量％，更优选为30-40重量％，所 述氧化锌纳米管阵列薄膜载体的含量为5-95重量％，优选为50-80重量％，更优选为60-70 重量％。
[0007] 本发明还提供了一种上述负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料的制备方法，该 方法包括将相变材料负载在氧化锌纳米管阵列薄膜载体上。
[0008] 此外，本发明还提供了一种上述负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料在电子器 件的生产中的应用。
[0009] 在本发明中，本发明的发明人经过大量的科学研究发现，氧化锌是典型的极性晶 体，在反应物离子充足，近中性或弱酸性的自然状态下，首先会沿着[0001]晶向生长为六 方长柱状晶体，又由于顶面（002)面的比表面能远大于非极性的侧面，极性面会在物外界 因素影响的情况下优先溶解，使得氧化锌纳米棒最终形成中空的氧化锌纳米管。而氧化锌 纳米管阵列是一种具有较高比表面积、性质均一的多孔结构，具有较好的可填充性。
[0010]因此，本发明的发明人将氧化锌纳米管阵列薄膜作为载体，首次应用到以石蜡为 代表的封装相变材料领域，具有较高的比表面积已经纳米级尺寸的孔径的氧化锌纳米管阵 列薄膜能够改变石蜡的融化/结晶温度，促进热量的传导，且与传统的多孔相变封装材料 相比，在成熟的合成工艺条件下，氧化锌纳米管阵列对生长基底没有特别的限制和要求，且 其生长厚度可以在纳米级发内内控制，以及采用本发明提供的负载氧化锌纳米管阵列薄膜 型相变材料尤其适用于小型精密电子器件的生产中。
[0011] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0012] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0013] 图1为ZnO纳米纳米管阵列薄膜的SEM图；
[0014] 图2中（a)为嵌入液态的石蜡的ZnO纳米管阵列薄膜的SEM图片（低倍）；(b)为 嵌入液态的石蜡的ZnO纳米管阵列薄膜的SEM图片（高倍）；（c)为嵌入固态的石蜡的ZnO 纳米管阵列薄膜的SEM图（低倍）；以及（d)为嵌入固态的石蜡的ZnO纳米管阵列薄膜的 SEM图（高倍）；
[0015] 图3为纯石蜡以及实施例1制备的负载ZnO纳米管阵列薄膜型相变材料在理论相 变温度为25°C的石蜡的DSC曲线；
[0016] 图4为纯石蜡以及实施例2制备的负载ZnO纳米管阵列薄膜型相变材料在理论相 变温度为30°C的石蜡的DSC曲线。
[0017] 附图标记
[0018] 1、纯石蜡2、负载ZnO纳米管阵列薄膜型相变材料
[0019] 3、纯石蜡4、负载ZnO纳米管阵列薄膜型相变材料
【具体实施方式】
[0020] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0021] 本发明提供了一种负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料，其中，该负载氧化锌 纳米管阵列薄膜型相变材料含有氧化锌纳米管阵列薄膜载体及负载在所述氧化锌纳米管 阵列薄膜载体上的相变材料，且以该负载氧化锌纳米管阵列薄膜型相变材料的总重量为基 准，所述相变材料的含量为5-95重量％，优选为20-50重量％，更优选为30-40重量％，所 述氧化锌纳米管阵列薄膜载体的含量为5-95重量％，优选为50-80重量％，更优选为60-70 重量％。在这种情况下，可以获得令人满意的相变材料。
[0022] 根据本发明，所述氧化锌纳米管阵列薄膜载体的厚度与所述负载在氧化锌纳米管 阵列薄膜载体上的相变材料的厚度的比可以为1 :〇. 2-1，优选为1 :0. 7-0. 9,更优选为1 : 0· 7_0· 8 〇
[0023] 根据本发明，所述氧化锌纳米管阵列薄膜载体的厚度可以为3-5微米，优选为4-5 微米。
[0024] 根据本发明，所述氧化锌纳米管阵列薄膜载体由氧化锌纳米管组成，且所述氧化 锌纳米管的横截面呈正六边形，所述氧化锌纳米管的外径为1-2微米，优选为1-1. 5微米， 管壁厚度为10-200纳米，优选为10-50纳米。
[0025] 根据本发明，所述相变材料没有具体限定，所述相变材料可以为无机类相变材料、 有机类相变材料和复合类相变材料中的一种或多种；其中，所述无机类相变材料可以为结 晶水合盐类、熔融盐类、金属及其合金类中的一种或多种；所述有机类相变材料可以为石 蜡、醋酸和其他有机物中的一种或多种；优选地，所述相变材料为有机类相变材料，更优选 地，所述有机相变材料为石蜡。
[0026] 根据本发明，具体地，所述氧化锌纳米管阵列薄膜载体的制备可以包括下述步 骤：
[0027] (1)胶体合成：将醋酸锌（Zn(CH3COO)2 · 2H20)溶解到乙醇胺（NH2OCH2CH2OH)和乙 二醇独甲醚（CH3OCH2CH2OH)中形成混合溶液，且将该混合溶液进行磁力搅拌得到均匀稳定 的醋酸锌（Zn(CH3COO)2 · 2H20)胶体溶液；
[0028] 其中，所述醋酸锌胶体溶液的浓度可以为0· 05mol/L-0. 75mol/L，优选为 0· 09mol/L-0. 2mol/L，更优选为 0· lmol/L ;另外，醋酸锌（Zn(CH3COO)2 · 2H20)和乙 醇胺（NH2OCH2CH2OH)的浓度可以相同，优选地，醋酸锌（Zn (CH3COO) 2 · 2H20)和乙醇胺 (NH2OCH2CH2OH)的浓度可以各自独立地为0· 005M、0.0 lM和0· 05M ;
[0029] 其中，将该混合溶液进行磁力搅拌的条件可以为：将混合溶液在40-80°C下磁力 搅拌10-60min，优选地，在60°C下磁力搅拌30min ;另外，在本发明中，进行磁力搅拌的设备 没有具体限定，可以为本领域技术人员所熟知的各种磁力搅拌器；
[0030] (2)甩胶工艺：将经步骤（1)得到的醋酸锌胶体溶液滴到基底上进行甩胶处理得 到带有醋酸锌胶膜的基底；
[0031] 其中，所述基底没有具体限定，可以为玻璃、ΙΤ0、陶瓷和金属中的一种或多种，优 选为玻璃，且在本发明中，优选地，将基底浸渍在丙酮或酒精中超声IOmin中以清洗，然后 用去离子水冲洗并瞭干；
[0032] 其中，所述甩胶处理可以在台式匀胶机上以1000r/min-5000r/min的甩胶速度甩 胶，优选地，将带有醋酸锌胶体溶液的基底置于台式匀胶机上以3000r/min的甩胶速度甩 胶30s ;另外，在所述甩胶处理中，甩胶次数可以为1-3次，优选为2次；经过甩胶处理后在 基底上制备出一层均匀的醋酸锌胶膜；
[0033] (3)将经步骤（2)带有醋酸锌胶膜的基底放置在马弗炉中进行退火处理产生 氧化锌晶种膜；其中，将带有醋酸锌胶膜的基底放置在马弗炉中进行退火的退火温度为 200-500°C，退火时间为10_30min，优选地，将带有醋酸锌胶膜的基底在马弗炉中以300°C 条件下退火lOmin，可以在基底上生成一层氧化锌晶种膜；另外，在马弗炉中的气氛没有具 体限定，可以为空气或真空气氛，在本发明中，优选为真空气