一种强化散热碳基复合膜的制作方法与流程

本发明涉及一种强化散热碳基复合膜的制作方法，属于功能材料技术领域。

背景技术：

随着社会的发展，人们的工作越来越多的依赖于电子设备。目前存在很多的户外电子设备，它们由于遭受太阳热辐射和设备本身发热的影响而使得电子设备的温度升高，而温度过高会引起电子设备失效，因此消除这两种热源影响对电子设备的正常工作至关重要。现有的冷却方法有空调、强迫通风和空气热交换等。但上述方法的经济性和可靠性都有待提升。辐射冷却作为一种新型的冷却方式使得上述问题得到了解决。聚偏二氟乙烯-六氟丙烯涂层（涂层a）具有良好的辐射冷却性能，可将涂层a覆盖在电子设备的表面，通过涂层a的被动式降温来减少太阳热辐射的影响，进而实现电子设备的降温。但由于涂层a的面导热性能不佳，而电子器件上的热源多为点热源，所以为了使热源尽快得到散失，须使点热源能快速的扩散到整个平面。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种强化散热碳基复合膜的制作方法，该碳基复合膜具有优良的散热性能。

实现本发明目的技术方案是：一种强化散热碳基复合膜的制作方法，具体步骤为：

s1，配制聚偏二氟乙烯-六氟丙烯前驱体溶液；

s2，将石墨薄膜固定在平板上；

s3，将上述前驱体溶液涂覆在石墨薄膜上。

进一步的，s1中，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯前驱体溶液由聚偏二氟乙烯-六氟丙烯作为原料，丙酮作为溶剂，去离子水作为非溶剂，按质量比1：8：1配制而成所述的前驱体溶液。

进一步的，s2中，将厚度不小于15μm的石墨薄膜固定在平板上。

进一步的，s3中，将所述前驱体溶液通过可调刮刀涂覆在石墨薄膜上。

进一步的，s3中，涂覆厚度280μm~350μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明制备的碳基复合膜可适用于系统与设备的散热，特别适用于航天器的散热技术、户外电子器件的散热。

2.本发明相对于现有的涂层a，其散热性能更佳。

3.本发明所需的药品容易获得，制作工艺简单，制作时间相对较短，可实现大规模的生产，具有很大的实际应用价值。

4.本发明中涂覆的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯前驱体溶液与石墨薄膜结合相对容易，且不影响各自的性能。

附图说明

图1是本发明强化散热碳基复合膜制备方法流程图。

图2是现有技术中涉及的涂层a经扫描电镜观测后的图片。

图3是现有技术中涉及的涂层a和本发明实施例1所述的碳基复合膜的温度分布图像，a是涂层a初始状态的过圆心的线温分布图像，b是涂层a稳定状态的线温分布图像，c是碳基复合膜初始状态的线温分布图像，d是碳基复合膜稳定状态的线温图像。

图4a是本发明实施例1-2制备的碳基复合膜在太阳波段（0.3-2.5μm）的反射率图像，图4b是本发明实施例1制备的碳基复合膜在长波长红外波段（2.5-25μm）的反射率图像。

图5是本发明实施例1制作的辐射冷却器的实物图。

图6是辐射冷却器中热电偶的分布简图。

图7a是在10:30-16:00时实施例1制备的碳基复合膜表面及其热源的温度变化，图7b是在夜间（0:00-6:00）时实施例1制备的碳基复合膜表面及其热源的温度变化。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

以聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（药品b）作为原料，分析级丙酮作为溶剂，将去离子水用作非溶剂。然后将药品b、丙酮和水按质量比1：8：1配置成溶液。具体方法是将一定量的药品b倒入事先备好的丙酮中，通过df-101s集热式恒温加热磁力搅拌器，在水浴温度为40℃的条件下进行搅拌，直至药b的颗粒完全溶解。然后将称量好的去离子水加入其中并继续搅拌，直至白色沉淀完全溶解。用胶带将厚度为25um的石墨薄膜固定在平板上，然后将所得溶液通过可调刮刀涂覆在固定好的石墨薄膜上，待丙酮和水完全蒸发后，即可得到不同厚度的碳基复合膜。其制备流程如图1所示。

实施例1

1.要求三者的质量比为：药品b：丙酮：去离子水=1：8：1。所以分别称量6.25克药品b、50克丙酮和6.25克去离子水。

2.将所称量的药品b颗粒倒入盛有丙酮的烧杯中，设置集热式恒温加热磁力搅拌器的水浴温度为40℃，搅拌20分钟，直至颗粒完全溶解。

3.将所称量的去离子水加入步骤2中的溶液中，相同的水浴温度，继续搅拌20分钟，直至白色沉淀完全溶解，得到前驱体溶液。

4.将25um厚的石墨薄膜用胶带固定在平板上，其目的是防止在溶液蒸发的时候石墨薄膜被带起来，从而引起褶皱，使用可调刮刀进行涂覆，控制可调刮刀的高度为1500um。然后待其自然风干，待丙酮和去离子水蒸发后，可得到280um厚的碳基复合膜。

实施例2

1.要求三者的质量比为：药品b：丙酮：去离子水=1：8：1。所以分别称量6.25克药品b、50克丙酮和6.25克去离子水。

2.将所称量的药品b的颗粒倒入盛有丙酮的烧杯中，设置集热式恒温加热磁力搅拌器的水浴温度为40℃，搅拌20分钟，直至颗粒完全溶解。

3.将所称量的去离子水加入步骤2中的溶液中，相同的水浴温度，继续搅拌20分钟，直至白色沉淀完全溶解，得到前驱体溶液。

4.将25um厚的石墨薄膜用胶带固定在平板上，其目的是防止在溶液蒸发的时候石墨薄膜被带起来，从而引起褶皱，使用可调刮刀进行涂覆，控制可调刮刀的高度为2000um。然后待其自然风干，待丙酮和去离子水蒸发后，可得到350um厚的碳基复合膜。

图2给出了涂层a的sem图，可以发现其表面由大小不一的微孔组成，这些微孔能有效的散射太阳光并增强辐射。

图3给出了涂层a和实施例1制备的碳基复合膜的线温分布图像，其中点热源的温度为50℃。测试采用直径为5cm的铜柱与外加电源连接作为点热源，将涂层a和碳基复合膜裁剪成直径为34cm的圆形，将点热源置于其圆心处，通过红外热像仪来观测涂层a和碳基复合膜表面的温度分布情况。从图片中可以看出，经过足够长的时间后，涂层a的外围温度仍较低，而碳基复合膜的整体表面温度分布较均匀。所以涂层a的面导热性能极差，而本发明中的碳基复合膜的面导热性能较好，可使点热源更快的分散到整个平面，进而进行散热。由此可见，碳基复合膜进一步改进了涂层a的面导热性能。

图4a给出了实施例1-2制备的碳基复合膜在太阳波段（0.3-2.5μm）的反射率图像，可以发现，在太阳波段（0.3-2.5μm），碳基复合膜越厚，相应的反射率越高；图4b给出了实施例1制备的碳基复合膜在长红外波段（2.5-25μm）的反射率图像，可以发现，在“大气窗口”波段（8-13μm)，碳基复合膜具有较低的反射率，又由于该复合膜的透射率极低，所以碳基复合膜在“大气窗口”波段具有较高的发射率。以上性质保证了碳基复合膜具有较好的辐射冷却性能。

为了研究碳基复合膜的冷却性能，制作了一个简单的辐射冷却器。图5是辐射冷却器的实物图。

图6是热电偶的具体分布。图6中，1是泡沫底座，2是锡箔纸，3是聚酰亚胺加热膜，4是面积为82mm×45mm、厚度为280μm的碳基复合膜涂层。第一热电偶5用来测量无碳基复合膜覆盖时的热源的温度，第二热电偶6用来测量碳基复合膜覆盖下的热源的温度，即碳基复合膜下表面的温度，第三热电偶7用来测量碳基复合膜上表面（与外界环境接触）的温度，装置中热电偶与膜的接触采用耐高温的胶进行粘结，以减少空气对流对测温的影响。实验采用k型热电偶，泡沫底座有隔热的作用，锡箔纸是为了将太阳光聚焦到所测膜的表面和减少空气对流的影响，聚酰亚胺加热膜与外加电源连接作为热源，实验中调整外接电源为2w进而控制加热膜表面温度为50℃。在晴天，将该辐射冷却器放在楼顶（东经118°51′14″、北纬32°1′37″），通过热电偶来观测相应表面的温度变化。

图7a是用上述的辐射冷却器在10:30-16:00测量的厚度为280μm、大小为82mm×45mm的碳基复合膜的膜表面及其下方热源的温度变化。由辐照计测量出在13:00-13:30这一时间段内，太阳光的光照强度为650w/m²，而此时热源温度降低了10℃左右，可以得出碳基复合膜具有良好的散热性能。图7b是碳基复合膜在夜间时其表面及其下方热源的温度变化，可以发现在夜间碳基复合膜也使得热源温度降低了2℃左右，可见碳基复合膜在夜间也具有一定的散热性能。