| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202510080798.3 | 申请日 | 2025-01-20 |
| 公开(公告)号 | CN119490680A | 公开(公告)日 | 2025-02-21 |
| 申请人 | 西南石油大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 张学忠; 杨燕红; 李东; 武元鹏; 向东; 周利华; 李辉; 王犁; 赵春霞; | 第一发明人 | 张学忠 |
| 权利人 | 西南石油大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 西南石油大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：四川省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：四川省成都市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：四川省成都市新都区新都大道8号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：610500 |
| 主IPC国际分类 | C08J5/18 | 所有IPC国际分类 | C08J5/18 ; C09K5/06 ; C09K5/10 ; C08K9/10 ; C08K3/08 ; C08K5/01 ; C08L79/04 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 7 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京曼京知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 贺建云; |
| 摘要 | 本 发明 为一种基于液态金属和PBO 纤维 的复合 相变 薄膜 及制备方法，属于 相变材料 制备技术领域，包括以下步骤：复合相变薄膜包括聚对苯基苯并双恶唑纤维（PBO）基材、相变材料和导热填料组成，相变材料由以聚 氨 酯（PU）为壁材、有机固‑液相变材料（OPCMs）为芯材通过Pickering乳液聚合法制备的相变微胶囊（PM）组成。所制备的PM具有“核‑壳”结构，有效防止了OPCMs的 泄漏 。将PM与PBO纤维网络结合，实现了对OPCMs的双重封装，进一步防止了OPCMs的泄漏。同时，优化了OPCMs在PBO基质中的分散和相互作用，促成了具有“限域”网络结构的形成。本发明所制备的复合相变薄膜具有较高的 力 学性能，显著的热导率、优异且稳定的柔韧性和出色的储 热能 力。 | ||
| 权利要求 | 1.一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法技术领域背景技术[0002] 随着电子设备日益小型化和晶体管密度不断增加，散热问题已经成为限制其性能、稳定性和长期可靠性的关键瓶颈。电子器件在高负荷运行时产生的热量愈发难以有效散发，导致局部过热，不仅影响设备的运行效率，还可能引发硬件故障、性能下降，甚至缩短设备使用寿命。与此同时，随着环境伪装技术（如隐身技术和隐形材料等）的快速发展，材料的导热性能面临着更加严格的要求。由聚合物基体（如聚对苯基苯并双恶唑纤维（PBO）、硅橡胶（SR）和聚氨酯（PU）等）和相变材料（PCMs）组成的高焓柔性相变膜的出现为解决上述挑战提供了有效且最优的解决方案。作为相变膜的核心成分，PCMs的选择对相变薄膜的性能有着重要的影响。理想的PCMs应具备合适的相变温度、较高的潜热、良好的热导率和优异的热稳定性，同时保证机械强度和化学稳定性。目前，广泛使用的PCMs中，以正十八烷（n‑OD）为代表的固‑液PCMs，因其具有较高的比热容和显著的储能密度，成为现代热管理和储能领域的首选材料。然而，固‑液PCMs存在的一些固有缺陷，如易泄漏、热导率较低等问题，这些缺点在一定程度上限制了其在高效热管理系统中的广泛应用。 [0003] 液态金属（LM）作为一种新兴的金属材料，因其独特的物理化学特性，引起广泛的关注。特别是液态金属镓（Ga），凭借其卓越的导热性、高比热容、优良的流动性和良好的可塑性，使得其在热界面材料、电子器件冷却以及其他对热管理有高要求的应用中，都具有极大的发展潜力。然而，液态金属Ga在实际应用中仍存在一些挑战。首先，Ga具有较高的表面张力，使其与基材的相容性较差，从而增加了制备过程的难度。其次，Ga易氧化，氧化层的形成不仅降低了其流动性，而且影响其导热性能。此外，易泄漏使其在电子元器件应用中可能导致短路和腐蚀等故障，严重影响设备的安全，这些问题限制了其在高端热管理领域的进一步发展。 [0004] 有研究报道，通过相变微胶囊技术和多孔材料吸附等技术，能够将固‑液PCMs封装在内部，来限制其泄漏问题。公布号为CN 119119970 A的中国专利公开了一种石蜡基相变微胶囊及其制备方法，将改性氧化铝水溶液滴加至乳化溶液中通过原位聚合得到的石蜡基‑1相变微胶囊，该相变微胶囊粒径适宜，具有过冷性低、储热性好（151.1 165.4 J·g ）、导热~ 性高（0.2768 0.3791 W/(m·K)）且能有效防止石蜡泄漏。公布号为CN 118852684 A的中国~ 专利公开了一种杂环芳纶相变储热薄膜及其制备方法。将杂环芳纶纤维采用低温聚合完成后，原位对相变材料进行包覆，得到油包油乳液后直接水交换，干燥后得到杂环芳纶基相变薄膜。该相变薄膜可有效的防止相变材料在相变中泄漏的同时，具有高潜热（81.38 167.92 ~ ‑1 J·g ）、阻燃、耐温性能、优异的机械强度和出色的紫外屏蔽与抗老化性能。然而，单一的封装方式存在一定的局限性，这使得固‑液PCMs依然面临较高的泄漏风险。此外，相变材料与基质材料之间的界面相互作用往往被忽视，这在一定程度上限制了PCMs在更广泛应用中的进一步发展。 [0005] 针对上述棘手问题，公布号为CN 115058058 B的中国专利公开了一种液态金属基光热相变储能气凝胶的制备方法，将液态金属与硬脂酸通过简单的机械球磨法制备了新型液态金属基光热相变颗粒，同时引入纤维素气凝胶作为基体，制备具有光具有高效光热转‑1换，防泄漏，导热增强（0.2861 0.3095 W/(m·K)）以及高储能焓值（165.5 192.6 J·g ）的~ ~ 液态金属基光热相变储能气凝胶。然而，采用球磨法制备的LM增强相变颗粒仍存在一些问题。首先，该方法需要大量的LM，导致材料成本较高。其次，采用真空浸渍和冻干凝胶过程中未充分考虑LM与基体材料之间的润湿性问题，这可能影响两者的结合强度和相变材料的整体性能，从而限制了其在实际应用中的稳定性。 发明内容[0006] 鉴于上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，旨在解决现有技术中固‑液PCMs所面临的固有问题，如易泄漏、热导率较低等。LM作为导热填料易氧化、易泄漏和与基体间润湿性差，此外，LM的过量使用也导致了成本的增加等问题。同时，借助密度泛函理论（DFT）和COMSOL模拟分别探究了相变材料与基质材料之间的界面相互作用和复合相变薄膜在加热过程中沿面内的热传输机制，为该复合相变薄膜在实际应用中的力学性能和热管理性能提供了理论依据。 [0007] 为解决上述问题，本发明的技术方案如下：本发明选用n‑OD、Ga和PBO纳米纤维为原料，采用Pickering乳液聚合与溶胶‑凝胶法，成功制备了一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜。通过以PU为壁材、有机固‑液相变材料（OPCMs）为芯材制备相变微胶囊（PM），将PM与PBO纤维网络结合，实现了对OPCMs的双重封装，有效防止了OPCMs的泄漏。同时，优化了OPCMs在PBO基质中的分散和相互作用，促成了具有特殊“限域”网络结构的形成。此外，CN修饰的Ga（MGa）源于CN和Ga纳米粒子之间的相互作用，在特殊“限域”网络中具有优化的尺寸和更均匀的分布，即使在MGa浓度较低的情况下也具有显著的热导率。 [0008] 本发明所述的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，具体包括以下步骤：S1、将十二烷基硫酸钠（SDS）和去离子水共混成连续相，即水相；将固‑液相变材料、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDA）和乙二胺（EDA）加热搅拌共混形成分散均匀的非连续相，即油相；将油相和水相搅拌混合，形成稳定Pickering乳液体系； S2、将稳定Pickering乳液体系转移至三口烧瓶合成反应，形成稳定的微胶囊的溶液；经静置冷却至室温、真空抽滤、洗涤和干燥后，得到PU相变微胶囊（PM）； S3、将表面改性剂和去离子水搅拌混合，形成溶液A；将液态金属镓（Ga）加入到溶液A中并进行混合超声，得到Ga纳米悬浮液，经离心、洗涤和干燥后，获得改性后的Ga纳米粉末（MGa）；所述步骤S3中表面改性剂为壳聚糖季铵盐（CN）、壳聚糖（CS）、海藻酸钠（SA）、单宁酸（TA）中的至少一种； S4、将聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO）微米纤维加入到甲烷磺酸（MSA）和三氟乙酸（TFA）混酸中，搅拌混合得到PBO纳米纤维溶液； S5、将MGa、PM分散于所述PBO纳米纤维溶液中，搅拌分散均匀；加入乙酸乙酯（EA）和去离子水其中，搅拌分散均匀，形成混合PBO粘性溶胶；将粘性溶胶倒入培养皿中，进行凝胶化、熟化后，得到MGa/PM/PBO复合相变酸凝胶；将酸凝胶进行溶剂交换至pH为7后，形成MGa/PM/PBO复合相变水凝胶；将MGa/PM/PBO复合相变水凝胶进行热压干燥后，获得MGa/PM/PBO复合相变薄膜。 [0009] 作为本发明的进一步改进，在步骤S1中所述固‑液相变材料为有机固‑液相变材料（OPCMs），正十八烷（n‑OD）、正二十烷、正二十四烷中的至少一种；作为本发明的进一步改进，在步骤S1中所述的固‑液相变材料、IPDA和EDA质量比为3：1：1；所述的加热搅拌共混为在水浴温度40℃，转速1500 rpm/min 的条件下，磁力搅拌 30min；所述的搅拌混合为在40℃下以15000 rpm/min转速下，磁力搅拌2 6h。 ~ [0010] 所述步骤S2中所述合成反应在70 ℃水浴锅中进行，并在300 rpm/min转速下，磁力搅拌3 5 h；步骤S2中所述的洗涤具体为，洗涤次数2 5次，洗涤所用溶剂为去离子水；步~ ~骤S2中所述的干燥在温度为50℃的鼓风干燥箱中进行，时间为24 48 h； 所述的PM的壁材~ （PU）和芯材（OPCMs）的质量比为（0.5 4）：1。 ~ [0011] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中表面改性剂为壳聚糖季铵盐（CN）、壳聚糖（CS）、海藻酸钠（SA）、单宁酸（TA）中的至少一种；步骤S3中所述的搅拌混合，具体条件为在室温下，转速400rpm，磁力搅拌时间为10 30min；步骤S3中所述的溶液A浓度为0、0.3、~0.4、0.6或0.9mg/ml；步骤S3中所述的超声在冰水浴中进行，功率为500 W，时间为1 4h，Ga~ 纳米悬浮液浓度为1 wt%；步骤S3中所述的洗涤具体为，洗涤次数2 5次，所用溶剂为去离子~ 水；步骤S3中所述干燥的环境为真空条件，压力为‑0.1MPa，温度为50℃，时间为24 48h。 ~ [0012] 所述步骤S4中MSA和TFA混酸的质量比为1：1；所述步骤S4中的搅拌混合，具体条件为在室温下，转速为400rpm机械搅拌，时间为36 72h；所述的PBO纳米纤维溶液浓度为~0.5wt%； 所述步骤S5中MGa、PM和PBO纳米纤维质量比为0：5：1、0.2：5：1、0.5：5：1、1：5：1、2： 5：1或3：5：1中的一种；所述步骤S5中搅拌分散具体条件为，转速350 400rpm机械搅拌，时间~ 为5 10min；所述步骤S5中凝胶化和熟化为在室温环境下，分别静置2h和20 24h；所述步骤~ ~ S5中溶剂交换为先在30 70wt%MSA酸性条件下置换20 40h，接着使用去离子水进行溶剂交~ ~ 换36 48h，期间每隔4h进行溶剂置换；所述步骤S5中热压干燥为在鼓风干燥箱中，压力为~ 0.1 0.5MPa，温度为60 80℃，时间为24 36h。 ~ ~ ~ [0013] 作为本发明的进一步改进，所述的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜，所述的复合相变薄膜包括PBO纳米纤维基材、相变材料和导热填料；所述的复合相变薄膜具有“限域”网络结构。 [0014] 作为本发明的进一步改进，所述的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜，所述的相变材料为相变微胶囊；所述的相变微胶囊由聚氨酯（PU）为壁材，OPCMs正十八烷（n‑OD）为芯材组成，尺寸为5 10 μm；所述的相变微胶囊具有“核‑壳”结构。~ [0015] 作为本发明的进一步改进，所述的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜，所述的导热填料由表面改性剂改性的液态金属组成，粒径为100 700nm；所述的表面改性剂~为壳聚糖季铵盐（CN），液态金属为金属镓（Ga）；所述的导热填料具有“核‑壳”结构。 [0016] 作为本发明的进一步改进，所述的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜，‑1所述的MGa/PM/PBO复合相变薄膜具有出色的储热能力，最高储热性能为140.8 J·g ，最高强度为7MPa，并且具有优异且稳定的柔韧性。 [0017] 作为本发明的进一步改进，所述的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜，所述的复合相变薄膜中具有“岛屿”结构的薄膜面内的热导率为2.9422W/(m·K)，“限域”网络结构的复合相变薄膜面内的热导率为5.2982 11.5387 W/(m·K)。~ [0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明采用Pickering乳液聚合法制备相变微胶囊（PM），通过聚氨酯（PU）对有机固‑液相变材料（OPCMs）正十八烷（n‑OD）进行封装。所制备的PM具有较高的相变焓值‑1 （163.7 J·g ）和良好的防泄漏能力；进一步将PM与PBO纤维网络相结合，优化了n‑OD在PBO基质中的分散和相互作用。同时，还促成了具有特殊“限域”网络结构的形成。此外，所采用的双重封装策略有效抑制了相变材料的泄漏问题，显著增强了复合相变薄膜的热稳定性、机械性能与热导率。 [0019] （2）本发明采用简单的超声工艺制备导热填料，利用表面改性剂壳聚糖季铵盐（CN）包裹的液态金属镓（Ga）能够有效的防止Ga在水溶液中氧化为羟基氧化镓（(GaO)OH）。同时本发明所制备的液态金属纳米颗粒具有“核‑壳”结构，粒径为100 700nm，液态金属纳~ 米悬浮液具有良好的胶体稳定性，可以在水中稳定悬浮48 h以上。此外，由于MGa在特殊“限域”网络结构中表现出优化的尺寸和更均匀的分散性，使其即便在较低浓度下也能够实现出色的热导率。 [0020] （3）本发明所制备的复合相变薄膜具有出色的储热能力（87.1 140.8 J·g‑1）、高~强度（7MPa）、优异的面内热导率（5.2982 11.5387 W/(m·K)）、优异且稳定的柔韧性和良好~ 的热稳定性。 [0021] （4）本发明借助密度泛函理论（DFT）和COMSOL模拟分别探究了相变材料与基质材料之间的界面相互作用和复合相变薄膜在加热过程中沿面内的热传输机制，为该复合相变薄膜在实际应用中的力学性能和热管理性能提供了理论依据。附图说明 [0022] 图1为本发明的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜制备方法的制备流程图。 [0023] 图2（a），（b）和（c）分别为实施案例1制备的PM的扫描电子显微镜（SEM），偏光显微镜图和粒径分布图。 [0024] 图3（a），（b）和（c）分别为实施案例1制备的Ga和MGa悬浮液实物图， X射线衍射分析（XRD）和粒度分析图；（d），（e）和（f）分别为实施案例1制备的MGa纳米颗粒的SEM和能量色散谱仪（EDS）图。 [0025] 图4（a），（b），（c）和（d）分别代表对比例7，对比例6，对比例3和实施例1制备的复合相变薄膜截面对应的SEM图；（e）和（f）为实施例1所制备的MGa/PM/PBO复合相变薄膜EDS和局部放大的SEM图。 [0026] 图5（a）和（b）分别代表实施例1 5，对比例3，对比例6和对比例7制备的复合相变薄~膜的导热性能图。 [0027] 图6（a）,（b）,（c）和（d）为对比例8和实施例1制备的MGa /PBO和MGa/PM/PBO复合薄膜热量传输过程的Comsol 模拟示意图。 [0028] 图7（a）为实施例1，对比例3和6的的应力‑应变曲线图；（b）和（c）为实施例1和对比例6所制备的复合相变薄膜中相变材料与基质材料之间的界面相互作用的密度泛函理论（DFT）模拟及结果图。 具体实施方式[0029] 本发明提供一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明确，结合具体实施例和附图对本发明做更进一步的说明。 [0030] 实施例1如图1所示，本发明的一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法， 通过以下步骤制备而成： 步骤1：将1.5g十二烷基硫酸钠（SDS）和100 g去离子水溶解混合均匀构成连续相，即水相；将15.0 g正十八烷（n‑OD）在40 ℃融化后，加入5 g异佛尔酮二异氰酸酯（IPDA）和5 g乙二胺（EDA）在水浴温度40 ℃，转速1500 rpm/min 的条件下，磁力搅拌30 min形成分散均匀的非连续相，即油相；将油相液体逐滴滴加至水相中，在水浴温度40 ℃，转速1500 rpm/min的条件下，磁力搅拌4h形成稳定Pickering乳液体系； 步骤2：将步骤1获得的Pickering乳液体系转移至三口烧瓶中，在水浴温度70 ℃，转速300 rpm/min条件下，磁力搅拌3.5 h，形成稳定的微胶囊的溶液；将反应微胶囊的溶液静置自然冷却到室温（25 30℃），接着进行真空抽滤，用去离子水洗涤2 5次，在温度为50℃~ ~ 的鼓风干燥箱中干燥36h，得到PU相变微胶囊（PM）。 [0031] 步骤3：将9.0 mg的壳聚糖季铵盐（CN）加入到15 ml的去离子水中，在室温下，转速为400rpm，磁力搅拌20min后，得到质量分数为0.6 wt%的CN水溶液；将150 mg 液态金属镓（Ga）加入到CN水溶液中，在冰水浴中，功率500 W的条件下超声2 h，形成均匀的改性后的Ga（MGa）纳米悬浮液，接着经离心和用去离子水洗涤2 5次后，在压力为‑0.1MPa，温度为50℃~的真空烘箱中24h后，获得MGa粉末； 步骤4：将1.0 g的聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO）微米纤维加入到100 g甲烷磺酸（MSA）和100 g三氟乙酸（TFA）的混酸中，在室温下，转速为400rpm机械搅拌48h后，得到质量分数为0.5 wt%的PBO纳米纤维溶液； 步骤5：将0.05 g MGa和0.25 g PM加入到10.0 g质量分数为0.5 wt%的PBO溶液 中，在转速为380pm机械搅拌5min后，得到混合PBO溶液；将4.0g乙酸乙酯（EA）和0.5g去离子水混合均匀，逐滴加入到混合PBO溶液中，在转速为380pm机械搅拌10min后，得到混合PBO粘性溶胶； 步骤6：将混合PBO粘性溶胶倒入培养皿中，在室温环境下静置，分别进行4 h凝胶化和20 h的熟化后，得到MGa/PM/PBO复合相变酸凝胶；将酸凝胶浸泡在70 wt % MSA水溶液中交换溶剂12 h，在30 wt % MSA水溶液中再交换12 h，随后将凝胶浸泡在去离子水中进行交换溶剂72 h，期间每隔4h进行溶剂置换一次，得到MGa/PM/PBO复合相变水凝胶；接着将水凝胶在70 ℃鼓风干燥箱中，压力为0.3MPa下热压干燥24h，获得MGa/PM/PBO复合相变薄膜。 [0032] 将实施例1制备的相变微胶囊（PM）进行扫描电子显微镜、偏光显微镜和激光粒径测试分析，其结果分别如图2(a)、(b)和(c)所示。 [0033] 图2揭示了通过聚氨酯（PU）封装正十八烷（n‑OD）成功制备的相变微胶囊（PM），该PM的平均粒径（d）为6.841μm，呈现出明显的“核‑壳”结构，有效地封装了n‑OD，抑制了相变材料的泄漏。 [0034] 将实施例1制备的MGa纳米悬浮液进行实物观察，将制备的MGa颗粒进行实物观察、X射线衍射分析（XRD）、粒度分析测试、扫描电子显微镜和能谱分析，其结果分别如图3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)所示。 [0035] 图3揭示了CN的引入能够有效的促进Ga的分散，其粒径从680nm（Ga）降低到148nm（MGa），其超声前后的实物分别如图3（a）左和右所示，其粒径分布如图3(c)所示。此外，CN的引入有效的防止了Ga在水溶液中的进一步氧化，对其起到了良好的封装效果，其结果如图3(b)、(d)、(e)和(f)所示。 [0036] 实施例2～5实施例2 5提供了一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，与实 ~ 施例1相比，不同之处在于，在步骤5中，MGa、PM和PBO纳米纤维质量比为0.2：5：1、0.5：5：1、 2：5：1和3：5：1，其余与实施例1相同，在此不再赘述。 [0037] 对比例1～5对比例1 5提供了一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，与实 ~ 施例1相比，不同之处在于，移除步骤3，且在步骤5中未添加MGa，同时PM和PBO纳米纤维质量比为1：1、3：1、5：1、7：1和10：1，其余与实施例1相同，在此不再赘述，获得PM/PBO复合相变薄膜。 [0038] 对比例6对比例6提供了一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，与实施 例1相比，不同之处在于，移除步骤1 3，且在步骤5中未添加MGa，同时将PM改为纯n‑OD，其余~ 与实施例1相同，在此不再赘述，获得n‑OD/PBO复合相变薄膜。 [0039] 对比例7对比例7提供了一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，与实施 例1相比，不同之处在于，移除步骤1 3，且在步骤5中未添加PM和MGa，其余与实施例1相同，~ 在此不再赘述，获得纯PBO薄膜。 [0040] 对比例8对比例8提供了一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜及制备方法，与实施 例1相比，不同之处在于，移除步骤1 2，且在步骤5中未添加MGa，其余与实施例1相同，在此~ 不再赘述，获得MGa/PBO薄膜。 [0041] 将实施例1和对比例3、6和7制备的复合相变薄膜，通过扫描电子显微镜观察其截面形貌，纯PBO薄膜结构致密且具有明显的类珍珠层状结构（图4（a）），n‑OD/PBO复合相变薄膜中存在显著的大孔结构且n‑OD分布不均，具有类“岛屿”结构（图4(b)），PM/PBO和MGa/PM/PBO复合相变薄膜结构致密，PM均匀分散于PBO薄膜内部，且PM表面被PBO纳米纤维网络包覆（图4(c)和(d)）。其中PM的引入优化了MGa和n‑OD在PBO基质中的分散和相互作用，还促成了具有特殊“限域”网络结构的形成（图4(e)和(f)）。 [0042] 将实施例1 5和对比例1 8制备的复合相变薄膜，采用美国TA公司的差示扫描量热~ ~仪(DSC)对复合相变薄膜的热物理性能进行测试（升温速率为5℃/min，温度范围为‑10 60~ ℃），测试结果如下表所示： 表1复合相变薄膜的热物理性能测试结果 ‑1 ‑1 样品名称 Tm(℃) Tc(℃) ΔHm (J·g ) ΔHc (J·g ) 对比例1 28.3 18.9 25.6 24.3 对比例2 29.6 21.7 83.0 84.1 对比例3 29.96 21.82 105.5 107.4 对比例4 30.7 22.2 106.7 108.2 对比例5 30.5 22.3 132.1 131.2 对比例6 29.0 22.9 133.1 137.5 对比例7 / / / / 对比例8 / / / / 实施例2 29.33 21.94 104.1 106.3 实施例3 29.72 21.47 107. 1 108.6 实施例1 30.43 21.45 100.9 100.4 实施例4 29.64 21.41 91.8 93.1 实施例5 29.82 21.49 87.1 87.7 由表1的数据可知，随着PM含量的增加，对比例1 5复合薄膜的相变焓值逐渐增大 ~ ‑1 ‑1 （从25.6 J·g 增加至133.1 J·g ），这一变化主要归因于参与相变的工作介质含量增加所致。然而，当PM含量过高时，复合薄膜的柔韧性显著下降，在受到外力压迫时容易发生断裂。随着MGa含量的增加，实施例1 5复合相变薄膜的焓值逐渐降低，当MGa负载量的负载量~ 低于14.3wt%时，实施例1~3复合相变薄膜的熔融焓和结晶焓（ΔHc）与对比例3基本相同。尽‑1 ‑1 管实施例1复合相变薄膜的ΔHm和ΔHc相比对比例6分别从133.1 J·g 和137.5 J·g 降‑1 ‑1 到100.9 J·g 和100.4 J·g ，但其储热能力依然能够满足热管理应用的需求。 [0043] 将实施例1 5和对比例3、6和7制备的复合相变薄膜，通过激光导热仪进行导热性~能的测试，其测试结果如图5（a）和（b）所示。与纯n‑OD的导热系数（0.153 W/(m·K)）相比，复合相变薄膜的导热性能显著提高。这一提升主要归因于PBO薄膜本身优异的导热特性，其中垂直导热系数（k⊥）和面内导热系数（k∥）分别为0.9520 W/(m·K)和2.9483 W/(m·K)。此外，随着PM和导热填料MGa含量的增加，复合相变薄膜的k⊥和k∥逐渐增强。当MGa含量为14.3 wt%时，实施例1复合相变薄膜的k⊥和k∥分别达到3.1482和9.4752 W/(m·K)。热导率显著提高的主要原因得益于：首先，PM的引入优化了MGa在PBO基质中的分散和相互作用，还促成了具有特殊“限域”网络结构的形成，这一结构显著增强了薄膜的导热通道，促进了热量的高效传递。即使在高负载PM及低负载MGa的情况下，复合相变薄膜仍能够保持优异的导热性能。其次，MGa的引入改善了PM与PBO之间的界面相互作用，减弱了界面处的声子散射效应，从而有效提升了热传导性能。 [0044] 将对比例8和实施例1制备的复合薄膜通过Comsol 模拟，其在加热过程中沿面内的热传输机制，其结果分别如图6(a)、(b)、(c)和(d)所示。Comsol 模拟结果中，MGa/PM/PBO复合相变薄膜的导热性明显提高。这主要归因于在高含量PM存在的情况下，PBO纳米纤维与MGa之间形成了特殊“限域”网络结构。该结构通过增强相邻组分之间的热接触，显著提高了热量传递的效率。 [0045] 将实施例1、对比例3和对比例6制备的复合相变薄膜，通过万能拉伸试验机测量样品的力学性能，同时利用密度泛函理论（DFT）模拟对相变材料与基质材料之间的界面相互作用进行理论分析，其结果分别如图7（a）,（b）和（c）所示。该结果表明，PM的引入优化了n‑OD在PBO基质中的分散和相互作用，并形成了特殊“限域”网络结构，显著提高了薄膜的机械性能（拉伸强度从2.63MPa提升至6.15MPa）。同时，促进了MGa在特殊“限域”网络结构中表现出优化的尺寸和更均匀的分散性使其力学性能进一步提高（拉伸强度为7.0 MPa）。此外，密度泛函理论（DFT）模拟表明相较于n‑OD与PBO基底间的结合，PBO与PM之间的结合能更强。 [0046] 综上所述，本发明采用Pickering乳液聚合与溶胶‑凝胶法，成功制备了一种基于液态金属和PBO纤维的复合相变薄膜。通过以PU为壁材、OPCMs为芯材制备相变微胶囊（PM），将PM与PBO纤维网络结合，实现了对OPCMs的双重封装，有效防止了OPCMs的泄漏。同时，优化了OPCMs在PBO基质中的分散和相互作用，促成了具有特殊“限域”网络结构的形成。此外，CN修饰的Ga（MGa）源于CN和Ga纳米粒子之间的相互作用，在受限网络中具有优化的尺寸和更均匀的分布，即使在MGa浓度较低的情况下也具有显著的热导率。基于此，该复合相变薄膜‑1（MGa / PM / PBO）表现出出色的储热能力（87.1 140.8 J·g ）、高强度（7MPa）、优异的面~ 内热导率（5.2982 11.5387 W/(m·K)）、优异且稳定的柔韧性和良好的热稳定性。总体而~ 言，本发明介绍了一种制备高性能相变薄膜的新方法，在电子设备散热和其他高端热管理应用领域具有明显的优势。 |
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