一种超薄轻柔生物质导热膜材料及其制备方法技术

技术编号：42182846 阅读：7 留言：0更新日期：2024-07-30 18:35

本发明专利技术属于生物质导热膜材料制备技术领域，具体涉及一种超薄轻柔生物质导热膜材料及其制备方法。首先由生物质原料和氧化石墨烯制备纺丝液，生物质原料包括木质素纤维素，甲壳素，海藻酸钠，再生植物蛋白质等，然后通过静电纺丝技术、梯度煅烧处理最终制得超薄轻柔生物质导热膜材料。本发明专利技术使用生物质作为原料，来源广泛，环境友好，且在利用梯度煅烧碳化生物质材料，同时可以将氧化石墨烯热还原为石墨烯，该方式制备的导热膜材料具有超薄轻柔，高热传导效率，低成本，易制备等优势。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质导热膜材料制备，具体涉及一种超薄轻柔生物质导热膜材料及其制备方法。

技术介绍

1、近年来随着电子设备集成度、工作频率和功率密度的不断提高，电子设备的过热问题越来越严重，而解决过热问题的主要策略是通过热管理材料将多余的能量从电子设备中传导到外部环境。导热膜的制备不仅关乎于性能指标，如导热系数，均匀性，可靠性，耐久性，低成本等，在实际的应用中，薄，轻，柔性的导热膜材料更受大众的青睐。而这些参数与实际的生产工艺密切相关。常规柔性导热膜材料主要分为四种：纯高分子薄膜，全碳薄膜，碳基/高分子薄膜和陶瓷/高分子薄膜。柔性导热薄膜材料适合应用于需要高面内热传导和优异柔韧性的热管理场景，如柔性膜散热器、人体热管理、能量储存设备和电热冷却设备等。

2、柔性导热薄膜材料具有超高的面内导热系数和优异的柔韧性，用作膜散热器时可将点热源的热量均匀地传导到大面积的表面，然后利用大面积的热对流和热辐射来散热。目前已经被大量应用在智能手机中，未来有望应用于超薄笔记本，柔性可穿戴设备和智能家电设备中。但传统的导热膜材料大都以人工合成的塑料、橡胶等高分子复合材料为原料制备，无法自然降解，而智能手机等电子设备的使用寿命有限，给环境保护带来巨大的压力，因此，利用可降解的材料制备导热薄膜成为研究热点。

3、中国专利cn202110169207.1一种可生物降解的生物质基复合导热材料及其制备方法中，利用生物质高分子材料和导热填料通过球磨混合、热压制备了一种生物降解导热膜，但其导热系数仍有待提高，且其断裂伸长率较低，限制其应用。</p>

技术实现思路

1、本专利技术提出了一种超薄轻柔生物质导热膜材料及其制备方法，将生物质导热膜采用生物质与氧化石墨烯共混制备纺丝液，然后利用梯度煅烧碳化生物质材料，同时将氧化石墨烯热还原为石墨烯，该方式制备的导热膜具有超薄轻柔，低成本，易制备等优势。

2、本专利技术采用如下技术方案：

3、一种超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，将生物质原料、氧化石墨烯做成纺丝液，采用静电纺丝工艺制备成膜，采用梯度碳化工艺对纺丝膜进行煅烧，得到超薄轻柔导热膜材料；具体步骤如下：

4、(1)将氧化石墨烯、dmf混合，超声波中分散4～6h，然后加入生物质原料、溶剂均匀混合，制得纺丝液；

5、所述生物质原料包括木质素纤维素、甲壳素、海藻酸钠、再生植物蛋白质，其摩尔比为1:1:1～2:0～2；这些材料各自具有不同的机械性能，如强度、柔韧性等，以适当的比例混合使用可以优化最终产品的机械性能。

6、所述氧化石墨烯的添加量为生物质原料总质量的1.6％-3.0％；

7、所述溶剂为水，n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，n,n-二甲基乙酰胺(dmac)，2,2,5,5-四甲基四氢呋喃-3-酮(tmf)中一种或多种混合；

8、所述混合条件为磁力加热搅拌，搅拌温度为30-100℃，搅拌时长为60-720min；

9、(2)将混合好的纺丝液通过纺丝设备静电纺丝成膜，纺丝条件为：电场强度为8-20kv，转速为300-800r/min，收集距离为5-10cm，孔径是0.6μm；纺丝速度是0.5ml/h；

10、(3)将纺丝得到的纤维膜进行煅烧，煅烧梯度分为预氧化温度段和碳化温度段，预氧化温度段为220-300℃，升温速率为0.5-5℃/min，时间为40min；碳化温度段温度为300-800℃，升温速率为0.5-20℃/min，时间为30min；煅烧完成后，缓慢冷却(冷却速率为2℃/min)，得到超薄轻柔生物质导热膜材料。

11、梯度碳化具有如下优点：(1)可精确地控制纤维内部的结构变化，从而优化导热通道的形成；(2)通过逐步升温，可以减少热应力，避免材料因温度急剧变化而造成的损伤，从而提高材料的整体性能；(3)有助于实现碳化过程的均匀性，避免局部过热或未充分碳化，从而获得更均匀的导热性能。

12、有益效果：

13、本专利技术采用生物质原料与氧化石墨烯共混静电纺丝、梯度煅烧处理最终制得超薄轻柔生物质导热膜材料，通过优化生物质原料组分、梯度煅烧碳化生物质材料、还原氧化石墨烯，优化膜的结构，从而获得更高、更均匀的导热性能和拉伸性能。该方式制备的导热膜具有超薄轻柔，低成本，易制备、环保等优势，可以轻松贴合不规则表面，同时保持设备的轻薄特性。

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【技术保护点】

1.一种超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物质原料包括木质素纤维素，甲壳素，海藻酸钠，再生植物蛋白质的摩尔比为1:1:1～2:0～2。

3.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂为水，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，2,2,5,5-四甲基四氢呋喃-3-酮中一种或多种混合。

4.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氧化石墨烯的添加量为生物质原料总质量的1.6％-3.0％。

5.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合条件为：磁力加热搅拌，搅拌温度为30-100℃，搅拌时长为60-720min。

6.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氧化石墨烯溶液的制备方法为：将氧化石墨烯、N,N-二甲基甲酰胺混合超声波中分散4～6h。

7.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述纺丝条件为：电场强度为8-20kV，转速为300-800r/min，收集距离为5-10cm，孔径是0.6μm，纺丝速度是0.5mL/h。

8.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述梯度煅烧分为预氧化温度段和碳化温度段，预氧化温度段为220-300℃，升温速率为0.5-5℃/min，时间为40min；碳化温度段温度为300-800℃，升温速率为0.5-20℃/min，时间为30min；煅烧完成后，以2℃/min速率冷却至室温)。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备的超薄轻柔生物质导热膜材料。

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【技术特征摘要】

1.一种超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂为水，n,n-二甲基甲酰胺，n,n-二甲基乙酰胺，2,2,5,5-四甲基四氢呋喃-3-酮中一种或多种混合。

4.根据权利要求1中所述的超薄轻柔生物质导热膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氧化石墨烯的添加量为生物质原料总质量的1.6％-3.0％。

6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯博友，李宁，刘玉洁，王秋泽，佟心琳，曾芳磊，杨俊杰，任睿恺，吉祥睿，唐子宸，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：

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