一种高效热传导与波热双向转换的材料与制备及应用
【技术领域】
[0001 ]本发明属于材料领域，具体涉及一种结构特殊的石墨材料，用于热能管理，涉及热 能的传导，和辐射;或逆向的热能管理，即以红外波形式存在的热能的吸收和传导。本发明 还涉及上述材料的制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 热传播的三个形式(传导、对流、辐射）中，辐射具有反映迅速，不依赖第三方，如空 气等的特点;辐射功率局限于温度，和材料本身特性。
[0003] 很多的场合，需要把热能及时地散发出去，以保证机器、设备的高效地工作；比如 集成电路芯片，变压器，等。又有很多场合需要把热能传输到另外一个对象，比如对人体的 取暖，药品、食物等的干燥;而很多实际运行的热处理案例是温度不高（小于摄氏100度）的 情况下，期望高效实现;很多的实例是利用某种材料在一定的结构下把热散发到空气中。
[0004] 石墨材料热阻很低，可以作为良好的热传导材料;石墨的热辐射率也可以很大，能 把热能辐射走，但取决于很多表观和结构特征；同时也可以把以波的形式存在的能量(特别 是红外波)通过石墨转化成热能。如果这样的材料又能逆向工作，即可以高效吸收红外波， 转化成热，则开辟了更多的得到热能的新途径。
[0005] 膨胀石墨是石墨的一种特殊结构形式，由天然鳞片石墨制造。天然鳞片石墨，是平 面层状晶体结构。通过化学处理，层间生成相间化合物，在高温作用下，化合物水合物汽化， 使得鳞片石墨的层间间距拉大，体积膨胀200-300倍，甚至600倍或更大。膨胀后的天然鳞片 石墨颗粒，一般被形象地称为蠕虫。它即保持了天然石墨的层状晶体结构(单层严密的六边 形晶体结构），同时拥有层间间距被拉大的开放结构。而石墨蠕虫通过类似造纸方式的乳 制，成为纸张形状，蠕虫被压实，表面致密光滑，通常被称为膨胀石墨材料，膨胀石墨纸，或 柔性石墨材料，或柔性石墨纸，热量以红外的形式辐射能力低。反之，一般提及膨胀石墨材 料，都泛指膨胀石墨纸和或用该材料制作而成的产品；由于石墨蠕虫只是过程中间品，专指 蠕虫时一般都特别说明。
[0006] 德国专利《膨胀石墨导热板及其制造方法》，申请号200410057482.0，公开了一种 热散发的方法。然而其特征在于板的厚度在于8mm与50mm之间，并且板材料的密度在0.01 g/ cm3与0.4g/cm3之间。受到以上权利要求中密度区间的界定，膨胀石墨的实际物理特性决定 了，平行于板表面的导热系数不会很高，相应权利要求提出了5.5W/m?K。事实上就权利要 求的密度范围这样的导热系数比较难达到，并且这样的导热率偏小，局限了导热通道，所以 厚度很大(8_50mm)，材料浪费多。存在很多的改善空间。
[0007] 美国专利《用于电子装置的散热解决方案》，专利号US 6,982,874:公开了膨胀石 墨材料作为热传导的另一应用。本发明只是利用了膨胀石墨材料在高密度时在乳制方向的 导热系数大，可以达到300-700 W/m · K.，而作为冷却电子元器件的传热通道，其原理基本 局限于热传导，即利用高密度的膨胀石墨片材的热阻低，使得局部的热量能够快速地均布 在该片材上，或通过再传导给散热器件如铝散热片等，把热导出，达到降温的目的。但是这 样的设计没有把热传导出来的同时，通过辐射把热向四周发散而强化散热效果。
[0008] 本发明做出了改进，提供了一种兼具传导、辐射功能，并且同时拥有很高的热传导 率和辐射率的材料;该材料特征还在于可以用于红外波吸收，把波能高效转化为热能并低 热阻地把热传导到指定的地方。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供了一种兼具传导、辐射功能，同时 拥有高热传导率和高辐射率的材料，这个特性是在低温(温度100° C)下就能实现;该材料特 征还在于可以高效反向运行，即用于红外波吸收，把波能高效转化为热能并低热阻地把热 传导到制定的地方。
[0010] 本发明的目的之一通过以下技术方案实现。
[0011] -种高效热传导与波热双向转换的材料，包括热传导层，所述热传导层的一侧为 开放结构的辐射层，所述热传导层和辐射层分别为膨胀石墨材料及蠕虫。
[0012] 作为优选，所述开放结构的辐射层上覆盖有红外穿透层。
[0013] 作为优选，所述红外穿透层所选用的红外穿透材料为赛璐珞、PE、PP、PC、PMMA、 SnC14或KBr中的一种。
[0014] 作为优选，其特征在于，所述热传导层的厚度为0.2~25mm，优选0.3~2mm，所述红外 穿透层的厚度为0.1~5_。
[0015] 以上结构使材料有两个功能结构层，为热传导层和辐射层，可以用于红外线制热， 和红外线能量吸收。
[0016] 本发明的目的之二是提供上述材料的制备方法，通过以下技术方案实现。
[0017] 方法之一:天然石墨通过酸化处理，形成相间化合物，经过高温体积膨胀变成为蠕 虫，蠕虫经过乳制变成石墨纸，达到足够的密度以保证高的导热率；以然后通过静电吸附或 粘接将石墨蠕虫紧密地附着在表面，保证蠕虫和基体石墨有很好的接触和导通，蠕虫组成 的疏松开放结构具有很高的热辐射率； 方法之二:具有足够导热率的石墨纸，表面拉毛，生成表面开放、粗糙的波热发射转化 结构； 方法之三:将石墨蠕虫堆积，集聚，给以一定的压缩，但保持不破坏蠕虫的开发结构，在 材料的另一面通过侧向滚碾，使得这一侧的蠕虫能够结构封闭，形成高密度薄层，即热传导 层。
[0018] 本发明中，不排除在辐射层侧喷涂红外穿透材料，保护辐射层的开放结构，不影响 辐射穿透。
[0019] 开放结构保护层的制备方法，包括以下方法一:a.在辐射层表面喷涂上红外穿透 材料浆液;b.红外穿透材料固化;方法二:在浆料薄层上直接置入足量蠕虫，固化成型，或再 经打磨，形成传导层。
[0020] 方法三:在已制成的复合材料的辐射层侧，整面机械连接一种红外穿透膜。
[0021 ] 所述红外穿透材料为赛璐珞、PE、PP、PC、PMMA、SnC14或KBr中的一种。浆料可由高 温熔化获得。
[0022]所述热传导层的厚度为0.2~25mm(优选0.3~2mm)，密度1.0-1.6g/cm3;所述福射层 的厚度ο. 02~20mm(优选0.3~10mm);如有红外穿透保护膜，厚度为0.1~5mm。
[0023] 本发明的目的之三为提供上述材料的应用，即所述的高效热传导与波热双向转换 的材料应用于电子产品散热，墙体表面，或天花板表面，或地板表面。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:散热时，传热迅速，并同时高效向外 辐射，进一步降低热源温度;逆向高效吸收红外波，并高效输送热量。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的石墨层的示意图。
[0026] 图2为本发明的示意图。
【具体实施方式】
[0027 ]下面结合附图与【具体实施方式】，对本发明作进一步描述。
[0028]见图1与图2，一种高效热传导与波热双向转换的材料，包括热传导层1，所述热传 导层1的一侧为辐射层11，所述辐射层11上覆盖有红外穿透层2,所述热传导层1和辐射层11 分别为膨胀石墨材料及蠕虫，所述红外穿透层2为赛璐珞层、PE层、PP层、PC层、PMMA层、 SnC14层中的一种;热传导层1的厚度为0.2~25_，所述红外穿透层2的厚度为0.1~5_。
[0029 ]本发明的高效热传导与波热双向转换的材料通过以下方法制备:a.膨胀石墨颗粒 压制前，在膨胀石墨颗粒上表面喷涂上红外穿透材料浆液;b.红外穿透材料固化;c.对步骤 b中的固化有红外穿透材料的膨胀石墨颗粒进行压制。所述红外穿透材料浆液为赛璐珞液、 PE液、PP液、PC液、PMMA液、SnCl 4液中的一种。
[0030] 以下实施例为不同组分、不同参数的高效热传导与波热双向转换的材料，及高效 热传导与波热双向转换的材料的辐射率数据。_
[0031] 本发明利用了石墨材料热传导率高的特性，所制备的高效热传导与波热双向转换 的材料辐射散热效果好，制备工艺简单，成本低。
[0032] 本发明的高效热传导与波热双向转换的材料也可以被应用于墙体表面，或天花板 表面，或地板表面，能起到很好的辐射制冷、制热效果。
[0033] 本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书 为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种高效热传导与波热双向转换的材料，包括热传导层（1)，其特征在于，所述热传 导层（1)的一侧为开放结构的辐射层（11)，所述热传导层（1)和辐射层（11)分别为膨胀石墨 材料及蠕虫。2. 根据权利要求1所述的一种高效热传导与波热双向转换的材料，其特征在于，所述开 放结构的辐射层(11)上覆盖有红外穿透层(2)。3. 根据权利要求2所述的一种高效热传导与波热双向转换的材料，其特征在于，所述红 外穿透层(2 )所选用的红外穿透材料为赛璐珞、PE、PP、PC、PMMA、SnC14或KBr中的一种。4. 根据权利要求3所述的一种高效热传导与波热双向转换的材料，其特征在于，所述热 传导层(1)的厚度为0.2~25mm，所述红外穿透层(2)的厚度为0.1~5_。5. 权利要求2至3任一项所述的一种高效热传导与波热双向转换的材料的制备方法，其 特征在于，选自以下方法中的一种:方法一:a.在辐射层表面喷涂上红外穿透材料浆液;b. 红外穿透材料固化;方法二:在红外穿透材料浆料薄层上直接置入足量蠕虫，固化成型，或 再经打磨，形成传导层;方法三:在已制成的复合材料的辐射层侧，整面机械连接一种红外 穿透膜。6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述红外穿透材料浆液为赛璐珞液、 PE液、PP液、PC液、PMMA液、SnCl4液中的一种。7. 权利要求1至4任一项所述的一种高效热传导与波热双向转换的材料的应用，其特征 在于，将所述的高效热传导与波热双向转换的材料应用于电子产品散热，墙体表面，或天花 板表面，或地板表面。
【专利摘要】一种高效热传导与波热双向转换的材料，包括热传导层，所述热传导层的一侧为辐射层，所述辐射层上可以覆盖有红外穿透层。本发明还提供了上述材料的制备方法，选自以下方法中的一种：方法一：a.在辐射层表面喷涂上红外穿透材料浆液；b.红外穿透材料固化；方法二：在浆料薄层上直接置入足量蠕虫，固化成型，或再经打磨，形成传导层。方法三：在已制成的复合材料的辐射层侧，整面机械连接一种红外穿透膜。本发明利用了可膨胀石墨材料热传导率高的特性，所制备的红外制热、吸热复合材料热传导迅速，辐射散热吸热效果好，制备工艺简单，成本低。
【IPC分类】B32B9/04, B32B38/00, B32B37/15, B32B9/00
【公开号】CN105459472
【申请号】CN201510839358
【发明人】袁奕琳
【申请人】宁波信远石墨有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月27日