隔热材料及其制备方法、电子设备与流程

本技术涉及终端，尤其涉及一种隔热材料及其制备方法、电子设备。

背景技术：

1、随着科技的发展，消费电子终端产品，例如，手机等的应用越来越普及。传统的消费电子终端产品通常会在电池的柔性电路板(flexible printed circuit，fpc)局部凸起与电池盖接触位置、主板支架与电池盖接触位置、板对板连接器(board to board，btb)支架与电池盖接触位置等位置出现局部热点，严重影响了消费电子终端产品的充电速度和热体验。

2、目前，常通过将隔热泡沫材料或隔热泡棉材料贴合在上述位置，利用隔热泡沫材料或隔热泡棉材料的高孔隙率能够减少空气传导和对流，以此来进行隔热，但是，隔热泡沫材料或隔热泡棉材料的封闭孔为各向同性，通过孔壁的固体热传导较高，经过压缩后的隔热效果较差，机械可靠性也较差。另外，还使用通过陶瓷气凝胶材料进行隔热，然而，陶瓷气凝胶材料的机械性能也较差，且大部分陶瓷气凝胶材料在压缩时容易掉渣。

3、为此，亟待提供一种新型隔热材料，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种隔热材料及其制备方法、电子设备，该隔热材料为各向异性气凝胶材料，能够承受高温，保持恒温，且质量轻、强度高，从而提供了很好的隔热防热能力，进而当受到外部热源加热时，该气凝胶材料可以表现出优异的隔热性，同时，该隔热气凝胶材料具备优异的可压缩性。

2、为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，提供一种隔热材料，该隔热材料包括：冰晶基底，冰晶基底实际为三维结构，冰晶基底中的冰晶至少沿x-z平面紧密且连续分布；以及，冰晶单元，冰晶单元包括至少一个冰晶柱，冰晶柱沿冰晶生长方向延伸，冰晶柱中与冰晶基底接触处的冰晶与冰晶基底中的冰晶连接，冰晶柱上具有多个冰晶枝，相邻冰晶枝之间分立且间隔排布，冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向不同。

4、本技术实施例提供一种隔热材料，该隔热材料为各向异性气凝胶材料，该气凝胶材料的微观结构类似于企鹅羽毛的微观结构，因而具有类似企鹅羽毛的隔热效果，能够承受高温，保持恒温，且质量轻、强度高，从而提供了很好的隔热防热能力，进而当受到外部热源加热时，该气凝胶材料可以表现出优异的隔热性，同时，该隔热气凝胶材料具备优异的可压缩性。

5、在第一方面一种可能的实现方式中，冰晶单元包括多个冰晶柱，相邻冰晶柱之间具有取向通道，取向通道沿冰晶生长方向延伸排列，夹在相邻冰晶柱之间，冰晶枝分布在取向通道内。

6、在该实现方式中，可以使气凝胶材料具有更好的隔热性和可压缩性。

7、在第一方面一种可能的实现方式中，每个冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向之间的夹角为锐角。

8、在该实现方式中，使气凝胶材料的隔热效果较好。

9、在第一方面一种可能的实现方式中，在每个韧带内部具有多个分立且间隔分布的孔隙。

10、在该实现方式中，可以提升气凝胶材料的隔热性。

11、在第一方面一种可能的实现方式中，所有冰晶柱的延伸方向相互平行。

12、在该实现方式中，气凝胶由定向排列的长枝组成，当受外部热源加热时，气凝胶材料能表现出优异的隔热性和可压缩性。

13、在第一方面一种可能的实现方式中，所有冰晶枝的延伸方向相互平行。

14、在该实现方式中，气凝胶由平行的分支组成，当受外部热源加热时，气凝胶材料能表现出优异的隔热性和可压缩性。

15、在第一方面一种可能的实现方式中，所有冰晶柱的延伸方向相互平行，且所有冰晶枝的延伸方向相互平行。

16、在该实现方式中，气凝胶由定向排列的长枝和平行的分支组成，当受外部热源加热时，气凝胶材料能表现出优异的隔热性和可压缩性。

17、在第一方面一种可能的实现方式中，每个冰晶柱上的多个冰晶枝围绕冰晶柱一圈排布。

18、在该实现方式中，可以提升气凝胶材料的隔热性和可压缩性。

19、在第一方面一种可能的实现方式中，依次经过循环冻融、热处理的气凝胶材料最终呈固态。

20、在该实现方式中，固态的隔热气凝胶材料可以通过压敏胶贴合在需要贴合位置处，简单易操作。

21、在第一方面一种可能的实现方式中，冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向之间的夹角为锐角。

22、在该实现方式中，隔热气凝胶材料具有较好的隔热性和可压缩性。

23、在第一方面一种可能的实现方式中，取向通道沿平行于x-z平面的宽度范围包括40μm～60μm。

24、在该实现方式中，隔热气凝胶材料具有较好的隔热性和可压缩性。

25、在第一方面一种可能的实现方式中，每个取向通道中具有多个分立且间隔分布的孔洞，在多孔取向通道内形成丰富的韧带。

26、在该实现方式中，隔热气凝胶材料具有较好的隔热性和可压缩性。

27、在第一方面一种可能的实现方式中，丰富的韧带能以约60°的角度将多孔取向通道分成z方向的宽度范围为10μm～20μm的微通道。

28、在该实现方式中，隔热气凝胶材料具有较好的隔热性和可压缩性。

29、在第一方面一种可能的实现方式中，每个冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向之间的夹角范围包括50℃～80℃。

30、在该实现方式中，使气凝胶材料的隔热效果更好。

31、在第一方面一种可能的实现方式中，每个冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向之间的夹角为约60℃。

32、在该实现方式中，气凝胶材料的隔热性最好。

33、在第一方面一种可能的实现方式中，在每个韧带内部具有多个尺寸小于1μm的较小孔隙，相邻孔隙分立且间隔排布。

34、在该实现方式中，可以提升气凝胶材料的隔热性和可压缩性。

35、在第一方面一种可能的实现方式中，冰晶枝上的孔隙在x-z平面的正投影的形状为圆形，圆形的直径小于1μm。

36、在该实现方式中，可以提升气凝胶材料的隔热性和可压缩性。

37、第二方面，提供一种电子设备，包括如第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的隔热材料。

38、本技术实施例提供一种电子设备，包括仿企鹅羽毛结构的气凝胶材料，由于该气凝胶材料能承受高温，保持恒温，且质量轻、强度高，当受到外部热源加热时，该气凝胶材料可以表现出优异的隔热防热性，且该气凝胶材料具备优异的可压缩性，进而使电子设备具有局部隔热效果，减小或避免产生局部热点，提升了充电速度和热体验，电子设备的整体性能良好。

39、在第二方面一种可能的实现方式中，电子设备还包括电池、电池盖和粘合剂，电池盖具有第一表面，隔热材料通过粘合剂贴合至第一表面，第一表面用于在电池和电池盖均安装于电子设备中时，朝向电池。

40、在该实现方式中，借助粘合剂将隔热气凝胶材料贴合至电池盖内表面并组装成整机，从而防止这些一些结构直接接触电池盖传递热量，减小或避免产生局部热点，以规避热量损失，提升充电速度和热体验；同时，由于隔热气凝胶材料具备优异的可压缩性，因而能够放置于这些位置且使电子设备具有小型化等；此外，粘合剂与隔热气凝胶材料及电池盖均具备良好的结合强度，可以使用压敏胶将气凝胶贴合至电池盖内表面。

41、在第二方面一种可能的实现方式中，粘合剂可以为压敏胶，隔热气凝胶材料通过压敏胶贴合在电子设备中。

42、在该实现方式中，压敏胶简单易获得。

43、在第二方面一种可能的实现方式中，先在制备好的固态的隔热气凝胶材料表面刷涂或直接贴合一层压敏胶，后裁切成和热点位置大小匹配的尺寸；再在组装过程中，将隔热气凝胶材料贴合在与电池位置对应的电池盖表面，获得电池盖组件；最后将这种一体化电池盖组件组装与其他组件组装，获得整机，借助这种隔热材料获得消费电子终端产品。

44、在该实现方式中，简单易操作。

45、在第二方面一种可能的实现方式中，隔热气凝胶材料通过压敏胶贴合在电池fpc凸起与电池盖内表面的接触位置。

46、在该实现方式中，隔热气凝胶材料可以承受高温，保持恒温，且质量轻、强度高，从而提供了很好的隔热防热能力，进而当受到外部热源加热时，气凝胶材料可以表现出优异的隔热性，减小或避免电池fpc凸起与电池盖内表面的出现局部热点，以规避热量损失，提升电子设备的充电速度和热体验。

47、在第二方面一种可能的实现方式中，隔热气凝胶材料通过压敏胶贴合在主板支架与电池盖内表面的接触位置。

48、在该实现方式中，隔热气凝胶材料可以承受高温，保持恒温，且质量轻、强度高，从而提供了很好的隔热防热能力，进而当受到外部热源加热时，气凝胶材料可以表现出优异的隔热性，减小或避免主板支架与电池盖内表面的出现局部热点，以规避热量损失，提升电子设备的充电速度和热体验。

49、在第二方面一种可能的实现方式中，隔热气凝胶材料通过压敏胶贴合在btb支架与电池盖内表面的接触位置。

50、在该实现方式中，隔热气凝胶材料可以承受高温，保持恒温，且质量轻、强度高，从而提供了很好的隔热防热能力，进而当受到外部热源加热时，气凝胶材料可以表现出优异的隔热性，减小或避免btb支架与电池盖内表面的出现局部热点，以规避热量损失，提升电子设备的充电速度和热体验。

51、第三方面，提供一种隔热材料的制备方法，该制备方法包括：将聚合物粉末溶解在水中，并至少添加填料和交联剂混合均匀后，得到聚合物水溶液；将聚合物水溶液循环冻融多次，进行交联反应，形成交联水凝胶；提供具有底座和位于底座一侧的模具腔构成的模具；将交联水凝胶通过模具腔的开口倒入模具中，依次经过冷冻铸造、冷冻干燥后，得到目标隔热材料。

52、本技术实施例提供一种隔热材料的制备方法，依次通过定向冷冻浇铸、冷冻干燥等步骤，获得各向异性的隔热气凝胶材料，简单易实现，且有利于工业化生产。

53、在第三方面一种可能的实现方式中，隔热材料的制备方法包括：将聚合物粉末溶解在水中，并至少添加填料和交联剂混合均匀后，得到聚合物水溶液；将聚合物水溶液循环冻融多次，进行交联反应，形成交联水凝胶；提供具有底座和位于底座一侧的模具腔构成的模具；将交联水凝胶通过模具腔的开口倒入模具中，依次经过冷冻铸造、冷冻干燥后，得到第一隔热材料；将第一隔热材料进行高温加热，进行热交联反应，得到目标隔热材料。

54、在该实现方式中，将经过循环冻融交联的气凝胶再经过加热处理，以提升气凝胶的整体强度，使目标隔热材料在压缩或遇热时强度更高，减小或避免在压缩或遇热过程中出现开裂等问题。

55、在第三方面一种可能的实现方式中，隔热材料的制备方法包括：将一定质量的pva粉末或pu粉末或纤维素粉末溶解到去离子水中，并加入无机填料及交联剂，通过机械搅拌获得聚合物水溶液；将聚合物水溶液在-24℃～30℃的温度下循环冻融3次，形成交联水凝胶；将交联水凝胶倒入塑料模具中，铜端浸入液氮中进行定向冷冻铸造，然后真空冷冻干燥48h；将气凝胶转移到烘箱中并在90℃下再加热1h，热交联后，获得具备一定机械强度的气凝胶材料。

56、在该实现方式中，依次通过定向冷冻浇铸、冷冻干燥、热交联等步骤，获得各向异性的pva/pu/纤维素隔热气凝胶材料，简单易实现，且有利于工业化生产。

57、在第三方面一种可能的实现方式中，聚合物粉末包括水溶性pva粉末、水溶性pu粉末、水溶性纤维素粉末中的一种或多种的组合。

58、在该实现方式中，聚合物粉末简单易获得，且形成的气凝胶材料的隔热性和可压缩性均较好。

59、在第三方面一种可能的实现方式中，聚合物粉末为水溶性pva粉末。

60、在该实现方式中，pva粉末简单易获得，且形成的pva气凝胶材料的隔热性和可压缩性均较好。

61、在第三方面一种可能的实现方式中，聚合物水溶液由水溶性树脂(质量百分比占3％～15％)、填料(质量百分比占0.5％～3％)、水(质量百分比占78％～95％)、交联剂和分散剂、增塑剂、增稠剂、偶联剂等中的一种或两种以上的复配(质量百分比占0.5％～10％)等部分组成。

62、在该实现方式中，形成的气凝胶材料的隔热性和可压缩性均较好。

63、在第三方面一种可能的实现方式中，聚合物水溶液由水溶性树脂(质量百分比占3％～15％)、填料(质量百分比占0.5％～3％)、水(质量百分比占78％～95％)、交联剂(质量百分比占0.5％～10％)等部分组成。

64、在该实现方式中，形成的气凝胶材料的隔热性和可压缩性均较好。

65、在第三方面一种可能的实现方式中，无机填料选择蒙脱土、空心微珠、炭黑、碳纳米管、氧化石墨烯等中的一种或多种的组合。

66、在该实现方式中，蒙脱土、空心微珠、炭黑、碳纳米管、氧化石墨烯等简单易获得。

67、在第三方面一种可能的实现方式中，循环冻融的次数为三次。

68、在该实现方式中，这样既使形成的气凝胶材料的隔热性和可压缩性均较好，且还节约了时间和成本。

69、在第三方面一种可能的实现方式中，对聚合物水溶液设置第一温度，使其处于完全冷冻状态，且对聚合物水溶液设置第二温度，使其处于能够融化的状态；其中，第一温度范围包括-50℃～-20℃，第二温度范围包括20℃～40℃。

70、在该实现方式中，使形成的隔热材料的隔热性和可压缩性均较好。

71、在第三方面一种可能的实现方式中，第一温度可以是-24℃、且第二温度可以是30℃，由此设置聚合物水溶液循环冻融的温度范围为-24℃～30℃。

72、在该实现方式中，可以使形成的隔热材料的隔热性和可压缩性均较好。

73、在第三方面一种可能的实现方式中，底座为铜板，且铜板浸入液氮中，模具腔为塑料模具腔。

74、在该实现方式中，液氮可以使铜板实现温度范围为-24℃～30℃，进而使聚合物水溶液循环冻融。

75、在第三方面一种可能的实现方式中，将第一隔热材料进行高温加热的温度范围包括70℃～110℃。

76、在该实现方式中，可以使形成的隔热材料的隔热性和可压缩性均较好。

77、在第三方面一种可能的实现方式中，将第一隔热材料进行高温加热的温度为90℃。

78、在该实现方式中，可以使形成的隔热材料的隔热性和可压缩性均较好。

79、在第三方面一种可能的实现方式中，将第一隔热材料进行高温加热的时间范围包括0.5h～2h。

80、在该实现方式中，可以使形成的隔热材料的隔热性和可压缩性均较好。

81、在第三方面一种可能的实现方式中，将第一隔热材料进行高温加热的时间为1h。

82、在该实现方式中，可以使形成的隔热材料的隔热性和可压缩性均较好。

83、在第三方面一种可能的实现方式中，冷冻干燥的方式为真空下冷冻干燥48h。

84、在该实现方式中，可以使形成的隔热材料的隔热性和可压缩性均较好。

85、在第三方面一种可能的实现方式中，相对于水的质量，聚合物粉末的质量范围包括5％～15％。

86、在该实现方式中，通过控制溶质含量，以控制聚合物水溶液的冰冻速度，从而可以控制形成的隔热气凝胶材料中冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向之间的夹角近似为60℃左右，从而使得隔热气凝胶材料的隔热效果更好。

87、在第三方面一种可能的实现方式中，将金属板置于液氮中，设置金属板的温度范围包括-90℃～20℃。

88、在该实现方式中，通过控制溶质含量和/或设置金属板温度，以控制聚合物水溶液的冰冻速度，从而可以控制形成的隔热气凝胶材料中冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向之间的夹角近似为60℃左右，从而使得隔热气凝胶材料的隔热效果更好。

89、在第三方面一种可能的实现方式中，相对于水的质量，聚合物粉末的质量范围包括5％～15％，且将金属板置于液氮中，设置金属板的温度范围包括-90℃～20℃。

90、在该实现方式中，通过控制溶质含量和设置金属板温度，以控制聚合物水溶液的冰冻速度，从而可以控制形成的隔热气凝胶材料中冰晶枝的延伸方向与冰晶柱的延伸方向之间的夹角近似为60℃左右，从而使得隔热气凝胶材料的隔热效果更好。

91、在第三方面一种可能的实现方式中，隔热材料的制备方法包括：将一定质量的pva粉末溶解到去离子水中，并加入无机填料及交联剂，通过机械搅拌获得pva水溶液；将pva水溶液在-24℃和30℃的温度下循环冻融3次，形成交联pva水凝胶；将交联pva水凝胶倒入塑料模具中，铜端浸入液氮中进行定向冷冻铸造，然后真空冷冻干燥48h，形成气凝胶；将气凝胶转移到烘箱中并在90℃下再加热1h，热交联后，获得具备一定机械强度的pva隔热气凝胶材料。

92、在该实现方式中，依次通过定向冷冻浇铸、冷冻干燥、热交联等步骤，获得各向异性的pva隔热气凝胶材料，简单易实现，且有利于工业化生产。

93、在第三方面一种可能的实现方式中，隔热材料的制备方法包括：将一定质量的pu粉末溶解到去离子水中，并加入无机填料及交联剂，通过机械搅拌获得pu水溶液；将pu水溶液在-24℃和30℃的温度下循环冻融3次，形成交联pu水凝胶；将交联pu水凝胶倒入塑料模具中，铜端浸入液氮中进行定向冷冻铸造，然后真空冷冻干燥48h，形成气凝胶；将气凝胶转移到烘箱中并在90℃下再加热1h，热交联后，获得具备一定机械强度的pu隔热气凝胶材料。

94、在该实现方式中，依次通过定向冷冻浇铸、冷冻干燥、热交联等步骤，获得各向异性的pu隔热气凝胶材料，简单易实现，且有利于工业化生产。

95、在第三方面一种可能的实现方式中，隔热材料的制备方法包括：将一定质量的纤维素粉末溶解到去离子水中，并加入无机填料及交联剂，通过机械搅拌获得纤维素水溶液；将纤维素水溶液在-24℃和30℃的温度下循环冻融3次，形成交联纤维素水凝胶；将交联纤维素水凝胶倒入塑料模具中，铜端浸入液氮中进行定向冷冻铸造，然后真空冷冻干燥48h，形成气凝胶；将气凝胶转移到烘箱中并在90℃下再加热1h，热交联后，获得具备一定机械强度的纤维素隔热气凝胶材料。

96、在该实现方式中，依次通过定向冷冻浇铸、冷冻干燥、热交联等步骤，获得各向异性的纤维素隔热气凝胶材料，简单易实现，且有利于工业化生产。

97、本技术实施例提供一种隔热材料，该隔热材料为各向异性气凝胶材料，其微观结构类似于企鹅羽毛的微观结构，因而具有类似企鹅羽毛的隔热效果，能够承受高温，保持恒温，且质量轻、强度高，从而提供了很好的隔热防热能力，进而当受到外部热源加热时，该气凝胶材料可以表现出优异的隔热性，同时，该隔热气凝胶材料具备优异的可压缩性。由此，该气凝胶材料应用于电子设备中时，既能够被压缩，还可以起到较好的局部隔热防热作用。此外，该隔热材料的制备方法简单易实现，有利于工业化生产。