一種負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料及其制備方法，本發(fā)明還 涉及使用該相變材料在電子器件的生產(chǎn)中的應(yīng)用，屬于能源材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變材料（phase change materials，PCMs)又稱為潛熱儲(chǔ)能材料（latent thermal energy storage, LTES)具有儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)能和釋能過程中近似為等溫等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 目前，國內(nèi)外各種相變材料強(qiáng)化傳熱技術(shù)主要包括在相變材料中添加金屬填料、 添加石墨、插層法、進(jìn)行膠囊封裝和組合相變材料等。由于金屬材料易腐蝕，與很多相變材 料不匹配，加之其密度大，導(dǎo)致整個(gè)蓄熱系統(tǒng)的重量增加，降低了體系的儲(chǔ)能密度。添加石 墨時(shí)一般都是將相變材料制備成定形相變材料，這種復(fù)合材料在發(fā)生相變時(shí)宏觀上仍能保 持固體形態(tài)，而不會(huì)發(fā)生泄漏，不需要進(jìn)行封裝，但是也存在相變材料析出的缺點(diǎn)。插層制 備的封裝程度和封裝效率較低，因此對(duì)使用環(huán)境要求相對(duì)苛刻。微膠囊技術(shù)由于其制備工 藝復(fù)雜，相變材料和壁材的選擇具有某種定向性，目前基本只能在有機(jī)材料范疇進(jìn)行研究， 這就會(huì)導(dǎo)致其導(dǎo)熱、耐熱、耐火功能下降。而以石蠟為代表的有機(jī)相變潛熱儲(chǔ)能材料普遍存 在導(dǎo)熱系數(shù)低，換熱性能差的缺點(diǎn)。綜上所述，大部分相變材料及其封裝技術(shù)在使用范圍和 使用領(lǐng)域都具有一定的局限性。
[0004] 因此，相變材料的封裝技術(shù)是相變材料研究的熱點(diǎn)問題和實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中以石蠟為代表的有機(jī)相變潛熱儲(chǔ)能材料存在 導(dǎo)熱率低、換熱性能差的缺點(diǎn)，提供一種負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料及其制備 方法，以及使用該負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料在電子器件的生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明提供了一種負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料，其中，該負(fù)載氧化鋅 納米管陣列薄膜型相變材料含有氧化鋅納米管陣列薄膜載體及負(fù)載在所述氧化鋅納米管 陣列薄膜載體上的相變材料，且以該負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料的總重量為基 準(zhǔn)，所述相變材料的含量為5-95重量％，優(yōu)選為20-50重量％，更優(yōu)選為30-40重量％，所 述氧化鋅納米管陣列薄膜載體的含量為5-95重量％，優(yōu)選為50-80重量％，更優(yōu)選為60-70 重量％。
[0007] 本發(fā)明還提供了一種上述負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料的制備方法，該 方法包括將相變材料負(fù)載在氧化鋅納米管陣列薄膜載體上。
[0008] 此外，本發(fā)明還提供了一種上述負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料在電子器 件的生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0009] 在本發(fā)明中，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋅是典型的極性晶 體，在反應(yīng)物離子充足，近中性或弱酸性的自然狀態(tài)下，首先會(huì)沿著[0001]晶向生長(zhǎng)為六 方長(zhǎng)柱狀晶體，又由于頂面（002)面的比表面能遠(yuǎn)大于非極性的側(cè)面，極性面會(huì)在物外界 因素影響的情況下優(yōu)先溶解，使得氧化鋅納米棒最終形成中空的氧化鋅納米管。而氧化鋅 納米管陣列是一種具有較高比表面積、性質(zhì)均一的多孔結(jié)構(gòu)，具有較好的可填充性。
[0010]因此，本發(fā)明的發(fā)明人將氧化鋅納米管陣列薄膜作為載體，首次應(yīng)用到以石蠟為 代表的封裝相變材料領(lǐng)域，具有較高的比表面積已經(jīng)納米級(jí)尺寸的孔徑的氧化鋅納米管陣 列薄膜能夠改變石蠟的融化/結(jié)晶溫度，促進(jìn)熱量的傳導(dǎo)，且與傳統(tǒng)的多孔相變封裝材料 相比，在成熟的合成工藝條件下，氧化鋅納米管陣列對(duì)生長(zhǎng)基底沒有特別的限制和要求，且 其生長(zhǎng)厚度可以在納米級(jí)發(fā)內(nèi)內(nèi)控制，以及采用本發(fā)明提供的負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜 型相變材料尤其適用于小型精密電子器件的生產(chǎn)中。
[0011] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0012] 附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0013] 圖1為ZnO納米納米管陣列薄膜的SEM圖；
[0014] 圖2中（a)為嵌入液態(tài)的石蠟的ZnO納米管陣列薄膜的SEM圖片（低倍）；(b)為 嵌入液態(tài)的石蠟的ZnO納米管陣列薄膜的SEM圖片（高倍）；（c)為嵌入固態(tài)的石蠟的ZnO 納米管陣列薄膜的SEM圖（低倍）；以及（d)為嵌入固態(tài)的石蠟的ZnO納米管陣列薄膜的 SEM圖（高倍）；
[0015] 圖3為純石蠟以及實(shí)施例1制備的負(fù)載ZnO納米管陣列薄膜型相變材料在理論相 變溫度為25°C的石蠟的DSC曲線；
[0016] 圖4為純石蠟以及實(shí)施例2制備的負(fù)載ZnO納米管陣列薄膜型相變材料在理論相 變溫度為30°C的石蠟的DSC曲線。
[0017] 附圖標(biāo)記
[0018] 1、純石蠟2、負(fù)載ZnO納米管陣列薄膜型相變材料
[0019] 3、純石蠟4、負(fù)載ZnO納米管陣列薄膜型相變材料
【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0021] 本發(fā)明提供了一種負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料，其中，該負(fù)載氧化鋅 納米管陣列薄膜型相變材料含有氧化鋅納米管陣列薄膜載體及負(fù)載在所述氧化鋅納米管 陣列薄膜載體上的相變材料，且以該負(fù)載氧化鋅納米管陣列薄膜型相變材料的總重量為基 準(zhǔn)，所述相變材料的含量為5-95重量％，優(yōu)選為20-50重量％，更優(yōu)選為30-40重量％，所 述氧化鋅納米管陣列薄膜載體的含量為5-95重量％，優(yōu)選為50-80重量％，更優(yōu)選為60-70 重量％。在這種情況下，可以獲得令人滿意的相變材料。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，所述氧化鋅納米管陣列薄膜載體的厚度與所述負(fù)載在氧化鋅納米管 陣列薄膜載體上的相變材料的厚度的比可以為1 :〇. 2-1，優(yōu)選為1 :0. 7-0. 9,更優(yōu)選為1 : 0· 7_0· 8 〇
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，所述氧化鋅納米管陣列薄膜載體的厚度可以為3-5微米，優(yōu)選為4-5 微米。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，所述氧化鋅納米管陣列薄膜載體由氧化鋅納米管組成，且所述氧化 鋅納米管的橫截面呈正六邊形，所述氧化鋅納米管的外徑為1-2微米，優(yōu)選為1-1. 5微米， 管壁厚度為10-200納米，優(yōu)選為10-50納米。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，所述相變材料沒有具體限定，所述相變材料可以為無機(jī)類相變材料、 有機(jī)類相變材料和復(fù)合類相變材料中的一種或多種；其中，所述無機(jī)類相變材料可以為結(jié) 晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬及其合金類中的一種或多種；所述有機(jī)類相變材料可以為石 蠟、醋酸和其他有機(jī)物中的一種或多種；優(yōu)選地，所述相變材料為有機(jī)類相變材料，更優(yōu)選 地，所述有機(jī)相變材料為石蠟。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，具體地，所述氧化鋅納米管陣列薄膜載體的制備可以包括下述步 驟：
[0027] (1)膠體合成：將醋酸鋅（Zn(CH3COO)2 · 2H20)溶解到乙醇胺（NH2OCH2CH2OH)和乙 二醇獨(dú)甲醚（CH3OCH2CH2OH)中形成混合溶液，且將該混合溶液進(jìn)行磁力攪拌得到均勻穩(wěn)定 的醋酸鋅（Zn(CH3COO)2 · 2H20)膠體溶液；
[0028] 其中，所述醋酸鋅膠體溶液的濃度可以為0· 05mol/L-0. 75mol/L，優(yōu)選為 0· 09mol/L-0. 2mol/L，更優(yōu)選為 0· lmol/L ;另外，醋酸鋅（Zn(CH3COO)2 · 2H20)和乙 醇胺（NH2OCH2CH2OH)的濃度可以相同，優(yōu)選地，醋酸鋅（Zn (CH3COO) 2 · 2H20)和乙醇胺 (NH2OCH2CH2OH)的濃度可以各自獨(dú)立地為0· 005M、0.0 lM和0· 05M ;
[0029] 其中，將該混合溶液進(jìn)行磁力攪拌的條件可以為：將混合溶液在40-80°C下磁力 攪拌10-60min，優(yōu)選地，在60°C下磁力攪拌30min ;另外，在本發(fā)明中，進(jìn)行磁力攪拌的設(shè)備 沒有具體限定，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的各種磁力攪拌器；
[0030] (2)甩膠工藝：將經(jīng)步驟（1)得到的醋酸鋅膠體溶液滴到基底上進(jìn)行甩膠處理得 到帶有醋酸鋅膠膜的基底；
[0031] 其中，所述基底沒有具體限定，可以為玻璃、ΙΤ0、陶瓷和金屬中的一種或多種，優(yōu) 選為玻璃，且在本發(fā)明中，優(yōu)選地，將基底浸漬在丙酮或酒精中超聲IOmin中以清洗，然后 用去離子水沖洗并瞭干；
[0032] 其中，所述甩膠處理可以在臺(tái)式勻膠機(jī)上以1000r/min-5000r/min的甩膠速度甩 膠，優(yōu)選地，將帶有醋酸鋅膠體溶液的基底置于臺(tái)式勻膠機(jī)上以3000r/min的甩膠速度甩 膠30s ;另外，在所述甩膠處理中，甩膠次數(shù)可以為1-3次，優(yōu)選為2次；經(jīng)過甩膠處理后在 基底上制備出一層均勻的醋酸鋅膠膜；
[0033] (3)將經(jīng)步驟（2)帶有醋酸鋅膠膜的基底放置在馬弗爐中進(jìn)行退火處理產(chǎn)生 氧化鋅晶種膜；其中，將帶有醋酸鋅膠膜的基底放置在馬弗爐中進(jìn)行退火的退火溫度為 200-500°C，退火時(shí)間為10_30min，優(yōu)選地，將帶有醋酸鋅膠膜的基底在馬弗爐中以300°C 條件下退火lOmin，可以在基底上生成一層氧化鋅晶種膜；另外，在馬弗爐中的氣氛沒有具 體限定，可以為空氣或真空氣氛，在本發(fā)明中，優(yōu)選為真空氣