一种具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜及其制备方法和应用

本发明属于新能源材料与纳米，具体涉及一种具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在光伏发电过程中，太阳能电池板光电转化效率除与半导体材料本身性能有关外，还受工作温度的影响。由于太阳能电池板在运行过程中会产生大量的热量，导致太阳能电池板的温度较周围环境高。过高的温度会导致太阳能光板光电转换效率降低，甚至会减小使用寿命。

2、光伏背板的散热性能强弱会影响光伏电板的转换效率和使用寿命。目前，行业内广泛应用的导热界面器主要包括片状导热间隙填充材料和相变导热材料等。但因为导热材料与光伏背板的直接接触热阻较大，导热材料在宏观垂直方向上的导热性较差，以致导热效率较低且成本较高。

3、针对上述问题，急需找到一种新的导热材料来解决导热材料与光伏背板的直接接触热阻较大，导热材料在宏观垂直方向上的导热性较差的问题，进而提高导热材料的导热效率，提高器件的工作效率，降低生产成本。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜及其制备方法，以解决现有的导热材料与光伏背板的直接接触热阻较大，导热材料在宏观垂直方向上的导热性较差，以致导热效率较低且成本较高的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜，由导热网络及填充在导热网络中的相变材料组成；所述导热网络的质量百分数为10％～60％，相变材料的质量百分数为40％～90％；所述导热网络为三维多孔微纳结构，由柔性导热硅层包覆碳导热材料和三聚氰胺形成。

4、优选地，该具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜的热导率为0.5～5.0w/m·k，相变温度为30～70℃，热焓值为150～210j/g。

5、本发明还公开了上述具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

6、1)将助溶剂和三聚氰胺混合分散在水中，再依次加入添加剂，碳导热材料，经过发泡，固化，得到碳导热材料作为骨架的三聚氰胺多孔复合薄膜；

7、2)在步骤1)制得的碳导热材料作为骨架的三聚氰胺多孔复合薄膜的表面修饰柔性导热硅层，得到柔性高导热多孔复合薄膜；

8、3)将相变材料填充于步骤2)制得的柔性高导热多孔复合薄膜中，获得具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜。

9、优选地，步骤1)中，所述助溶剂：三聚氰胺：添加剂：碳导热材料的质量比为(100～140):(120～160):(1～14):(2～10)；所述分散的条件为70～85℃搅拌20～30min，发泡的条件为90-105℃搅拌40-50min。

10、优选地，步骤1)中，所述碳导热材料为碳纳米线、碳纤维和碳纳米管中的任意一种，所述碳导热材料的含量为三聚氰胺含量的1～5wt％；所述助溶剂为多聚甲醛；所述添加剂包括发泡剂，匀泡剂和固化剂；所述发泡剂：匀泡剂：固化剂的质量比为(5～7)：(2～4)：(1～1.5)。所述发泡剂为正己烷或正戊烷；所述匀泡剂为二甲基硅油；所述固化剂为盐酸或磷酸。

11、优选地，步骤1)中，所述碳导热材料作为骨架的三聚氰胺多孔复合薄膜的厚度为2～20mm。

12、优选地，步骤2)中，所述碳导热材料作为骨架的三聚氰胺多孔复合薄膜：柔性导热硅层的质量比为(500～2000):(2～20)；所述柔性导热硅层包括石墨纳米颗粒和有机硅表面活性剂；所述石墨纳米颗粒：有机硅表面活性剂的质量比为(1～4):(5～16)；所述石墨纳米颗粒尺寸为0.4～1μm；所述有机硅表面活性剂为聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和聚醚聚硅氧烷共聚物中的至少一种。

13、优选地，步骤2)中，所述柔性导热硅层的厚度为1～10μm；所述柔性高导热多孔复合薄膜是连通，柔性，不规则的三维多孔微纳结构薄膜。

14、优选地，步骤3)中，所述相变材料为肉豆蔻酸、棕榈酸、癸酸、硬脂酸、月桂酸、聚乙二醇、石蜡/sbs和月桂酸-硬脂酸/sio2中的至少一种。

15、本发明还公开了上述具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜在制备户外光伏组件及5g基站元器件中的应用。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明公开了一种具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜，该具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜由导热网络及填充在导热网络中的相变材料组成，相变材料可以在相变过程中吸收或释放大量的热量，从而在散热和保温方面具有很好的性能，相变材料的储能性能可以根据其储热和释热温度进行调节，从而满足不同的应用需求；导热网络由具有柔性的导热硅包覆的碳导热材料和三聚氰胺形成的三维多孔微纳结构构成，具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜中的微观结构可以提高薄膜的表面积和通透性，有利于物质的吸附和传输，同时，微纳结构还可以增强薄膜的机械性能和稳定性。该具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜中导热网络的质量百分数为10％～60％，相变材料的质量百分数为40％～90％，具有相对较高的热导率和热焓值，并且相变温度范围较广，因此具有更好的稳定性和可靠性，可以在更长的时间内保持其性能。具有高导热性能，可以快速将热量传递和分散，从而有效地提高了其传热效率，具有良好的柔性可以适应各种不同的形状和曲率的表面，从而扩展了其应用领域。通过结合三聚氰胺以及表面修饰柔性导热硅层的碳导热材料使得能与发热组件紧密贴合，直接接触热阻较小，在宏观垂直方向上的导热性良好，同时结合相变潜热较大材料解决了现有的导热材料与光伏背板的直接接触热阻较大，导热材料在宏观垂直方向上的导热性较差，以致导热效率较低且成本较高的技术问题。

18、进一步地，该具有微纳结构的柔性高导散热相变复合薄膜的热导率为0.5～5.0w/m·k，具有更高的散热效率，可以更有效地将热量传递和分散；相变温度为30～70℃，该材料可以在更低或更高的温度范围内进行相变，从而可以满足不同的应用需求；热焓值为150～210j/g，相变材料可以在相变过程中吸收或释放大量的热量，从而在散热和保温方面具有很好的性能；该具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜具有柔性三维多孔微纳结构，与光伏背板的直接接触热阻较小，在宏观垂直方向上的导热性良好，相变潜热较大，可以显著提升光伏组件的整体散热能力，具有主动吸热和散热的功能，耐候性强。

19、本发明还公开了上述具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜的制备方法，将助溶剂和三聚氰胺混合分散在水中，再依次加入添加剂，碳导热材料，经过发泡，固化，得到碳导热材料作为骨架的三聚氰胺多孔复合薄膜；碳导热材料具有良好的导热性能，可以将热能快速传递到整个复合薄膜中，从而提高薄膜的传热效率；碳导热材料具有高强度、高硬度和耐磨性，可以为薄膜提供较好的机械支撑力，增强薄膜的稳定性和耐久性；三聚氰胺多孔复合薄膜中的孔隙结构可以提高薄膜的表面积和通透性，有利于物质的吸附和传输；碳导热材料作为骨架可以为薄膜提供更多的孔隙结构，从而进一步提高薄膜的吸附和传输性能；碳导热材料具有较高的热稳定性，可以在高温环境下工作，不易熔化或变形，有利于薄膜在高温条件下的应用。再以碳导热材料作为骨架的三聚氰胺多孔复合薄膜作为载体，表面修饰柔性导热硅层，得到柔性高导热多孔复合薄膜；便于加强发热组件贴合，直接接触热阻较小；宏观垂直方向上的导热性良好；最后采用熔融填充的方式，以相变材料对柔性高导热多孔复合薄膜进行填充，得到柔性高导散热相变复合薄膜；结合相变潜热大的材料加强吸热放热能力。本发明提供的该制备方法反应条件温和可控，对设备要求不高，低能耗，成本低，绿色无污染，可实现大规模生产。

20、本发明还公开了上述具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜在制备户外光伏组件及5g基站元器件中的应用，将本发明制得的具有微纳结构的高导散热相变柔性复合薄膜应用在制备户外光伏组件及5g基站元器件中时，具有主动吸热和散热的功能，耐候性强，能够提高器件的工作效率，该材料具有良好的柔性，可以适应各种不同的形状和曲率的表面，从而扩展了其应用领域。