本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種相變導(dǎo)熱片及制作方法、以及多孔氧化鋁骨架的制作裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，溫室效應(yīng)、急劇加重的環(huán)境污染、以及燃油價(jià)格上漲等環(huán)境及資源問(wèn)題，極大地推動(dòng)了對(duì)能源存儲(chǔ)進(jìn)行有效利用等課題的研究。能源存儲(chǔ)不僅能夠減少供給和需求之間的不平衡，而且還可以提高能量系統(tǒng)的性能和可靠性，在存儲(chǔ)能量方面起著很重要的作用。

相變材料(Phase change materials，PCMs)是近年發(fā)展起來(lái)的一類高新技術(shù)材料；相變材料能夠在其相變過(guò)程中產(chǎn)生吸熱和放熱效應(yīng)，從而可起到熱能儲(chǔ)存和溫度調(diào)控的作用。而在相變材料中，有機(jī)類相變儲(chǔ)能材料因具有無(wú)過(guò)冷及析出、性能穩(wěn)定、無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，而受到儲(chǔ)能領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。目前使用最多的有機(jī)相變材料是石蠟，其具有諸如相變潛熱量大、相變溫度范圍廣、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在相變儲(chǔ)能材料中應(yīng)用較為廣泛；但石蠟類有機(jī)相變材料仍存在導(dǎo)熱系數(shù)小、不能定型及易溢出等缺點(diǎn)，因而有效克服其缺點(diǎn)，改善相變材料的應(yīng)用，是石蠟類有機(jī)相變材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種相變導(dǎo)熱片及其制作方法，該相變導(dǎo)熱片以多孔氧化鋁骨架作為導(dǎo)熱骨架，并利用填充在其孔隙內(nèi)部的相變材料的相變儲(chǔ)能性能，形成了一種優(yōu)異的熱界面材料。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種相變導(dǎo)熱片，包括多孔氧化鋁骨架，所述多孔氧化鋁骨架的孔隙中填充有有機(jī)相變材料。

進(jìn)一步地，所述有機(jī)相變材料的質(zhì)量與所述多孔氧化鋁骨架的質(zhì)量之比為1:10～1:1。

進(jìn)一步地，所述有機(jī)相變材料選自石蠟、聚乙二醇、脂肪酸中的任意一種。

進(jìn)一步地，所述多孔氧化鋁骨架與所述有機(jī)相變材料之間為物理接觸。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種如上所述的相變導(dǎo)熱片的制作方法，包括步驟：采用陽(yáng)極氧化工藝制作多孔氧化鋁骨架；向所述多孔氧化鋁骨架的孔隙中填充有機(jī)相變材料，獲得所述相變導(dǎo)熱片。

進(jìn)一步地，制作所述多孔氧化鋁骨架的方法具體包括：S1、對(duì)鋁片進(jìn)行表面拋光處理；S2、在酸性電解液中，以所述鋁片為陽(yáng)極，在30V～40V的電壓下對(duì)所述鋁片進(jìn)行陽(yáng)極氧化4h～6h，得到第一氧化物；S3、將所述第一氧化物浸于第一酸液中，進(jìn)行一次酸溶，得到第二氧化物；S4、參照步驟S2的工藝，對(duì)所述第二氧化物進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化處理，得到第三氧化物；S5、將所述第三氧化物浸于第二酸液中，進(jìn)行二次酸溶，獲得所述多孔氧化鋁骨架。

進(jìn)一步地，所述酸性電解液為酸、酸與醇的混合溶液、或酸與鹽的混合溶液；所述酸的濃度為0.3mol/L～1mol/L，所述酸選自硫酸、草酸、磷酸、丙二酸、蘋(píng)果酸、檸檬酸中的至少一種；所述醇選自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一種；所述鹽選自硫酸鋁、草酸鋁中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述第一酸液為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6％～10％的磷酸水溶液與質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.8％的鉻酸水溶液的混合溶液；所述第二酸液為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％～10％的磷酸水溶液。

進(jìn)一步地，所述一次酸溶時(shí)間為6h～8h；所述二次酸溶時(shí)間為10h～20h。

本發(fā)明的另一目的還在于提供一種如上所述的多孔氧化鋁骨架的制作裝置，包括：電解槽，包括主槽以及設(shè)置于所述主槽的側(cè)壁上的分槽，所述電解槽中盛裝有酸性電解液，所述酸性電解液的液面高于所述分槽在所述主槽側(cè)壁上的開(kāi)口頂端；其中，所述分槽的自由端通過(guò)導(dǎo)電載片封口；以及電源，所述電源的正極連接至所述導(dǎo)電載片上，所述電源的負(fù)極上連接有電解陰極，所述電解陰極浸入所述酸性電解液中；其中，將鋁片貼附于所述導(dǎo)電載片的內(nèi)側(cè)上，當(dāng)所述電源接通后，所述鋁片發(fā)生陽(yáng)極氧化反應(yīng)，所述鋁片變?yōu)樗龆嗫籽趸X骨架。

本發(fā)明通過(guò)制作多孔氧化鋁骨架，然后以該多孔氧化鋁骨架作為導(dǎo)熱骨架，在其孔隙內(nèi)部填充有機(jī)相變材料，最終獲得相變導(dǎo)熱片。比如，石蠟的導(dǎo)熱系數(shù)為0.429W/(m·K)，而在本申請(qǐng)的技術(shù)方案中，隨著多孔氧化鋁骨架質(zhì)量比例的增加，該相變導(dǎo)熱片的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增高，且當(dāng)石蠟與多孔氧化鋁骨架的質(zhì)量之比不超過(guò)0.9時(shí)，測(cè)試過(guò)程中未出現(xiàn)明顯的液體石蠟溢出，說(shuō)明該相變導(dǎo)熱片能大幅度提高導(dǎo)熱性能、且能良好地將石蠟吸附于多孔氧化鋁骨架內(nèi)部，且導(dǎo)熱系數(shù)最高可達(dá)7W/(m·K)，相變溫度可控在50℃～60℃之間。本發(fā)明的相變導(dǎo)熱片在擁有高導(dǎo)熱率的同時(shí)，在相對(duì)低的溫度下，有機(jī)相變材料通過(guò)相變填充界面縫隙，相比現(xiàn)有技術(shù)中的其他相變材料，極大地減小了界面熱阻，是一種應(yīng)用于散熱器件等中的極為理想的熱界面材料。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的相變導(dǎo)熱片的制備方法工藝簡(jiǎn)單、易于操作、產(chǎn)率高、反應(yīng)條件溫和、能耗低，適用于工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。另外，本發(fā)明所公開(kāi)的多孔氧化鋁骨架的制作裝置，相比一般的電解裝置，避免通過(guò)夾子等固定組件來(lái)固定鋁片，可保證電解過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的相變導(dǎo)熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多孔氧化鋁骨架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的相變導(dǎo)熱片的SEM圖片。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多孔氧化鋁骨架的制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多孔氧化鋁骨架的SEM圖片。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可以夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的標(biāo)號(hào)將始終被用于表示相同或相似的元件。

將理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等來(lái)描述各種物質(zhì)，但是這些物質(zhì)不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)物質(zhì)與另一個(gè)物質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的相變導(dǎo)熱片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多孔氧化鋁骨架的結(jié)構(gòu)示意圖。

參照?qǐng)D1和圖2所示，根據(jù)本實(shí)施例的相變導(dǎo)熱片，其包括多孔氧化鋁骨架100，該多孔氧化鋁骨架100上具有若干通孔110；這些通孔110中填充有有機(jī)相變材料200；也就是說(shuō)，有機(jī)相變材料200填充在該多孔氧化鋁骨架100的孔隙中。

具體來(lái)講，有機(jī)相變材料200選自石蠟、聚乙二醇、脂肪酸中的任意一種；有機(jī)相變材料200的質(zhì)量與多孔氧化鋁骨架100的質(zhì)量之比優(yōu)選為1:10～1:1，從而使得該相變導(dǎo)熱片具有良好的導(dǎo)熱性能及相變性能。

優(yōu)選地，有機(jī)相變材料200不超出通孔110的端部；換句話說(shuō)，填充在通孔110內(nèi)部的有機(jī)相變材料200的最大填充量即為該有機(jī)相變材料200的兩個(gè)端部與該多孔氧化鋁骨架100的表面平齊。與此同時(shí)，填充在通孔110內(nèi)部的有機(jī)相變材料200與該多孔氧化鋁骨架100之間呈物理接觸，也就是說(shuō)，有機(jī)相變材料200并未與多孔氧化鋁骨架100發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并未生成任何的化學(xué)鍵。

對(duì)本發(fā)明的相片導(dǎo)熱片進(jìn)行了掃描電鏡測(cè)試(簡(jiǎn)稱SEM)，結(jié)果如圖3所示。

本發(fā)明還提供了上述相變導(dǎo)熱片的制作方法，具體包括如下步驟：

步驟一：采用陽(yáng)極氧化工藝制作多孔氧化鋁骨架100。

具體地，在制作多孔氧化鋁骨架100時(shí)，首先對(duì)鋁片進(jìn)行表面拋光處理。

例如，首先將厚度為1mm的鋁箔裁剪成直徑為1.5cm的圓形鋁片，經(jīng)丙酮和無(wú)水乙醇清洗后干燥；然后將體積比為1:4的高氯酸和無(wú)水乙醇混合配制成拋光液，以石墨為陰極、圓形鋁片為陽(yáng)極，在20V的拋光電壓下進(jìn)行電化學(xué)拋光90s即可。

其次對(duì)經(jīng)過(guò)拋光處理的鋁片經(jīng)過(guò)兩次陽(yáng)極氧化—酸溶的過(guò)程，最終獲得第三氧化物。

具體來(lái)講，該過(guò)程是基于一種專門(mén)的多孔氧化鋁骨架的制作裝置。具體參照?qǐng)D4，該多孔氧化鋁骨架的制作裝置包括電解槽1以及電源2。其中，電解槽1包括主槽11以及設(shè)置于該主槽11的側(cè)壁上的分槽12，電解槽1中盛裝有酸性電解液3，同時(shí)保證該酸性電解液3的液面要高于分槽12在主槽11側(cè)壁上的開(kāi)口的頂端，也就是說(shuō)，要保證酸性電解液3完全沒(méi)過(guò)分槽12的頂端以將分槽12進(jìn)行完全填充。分槽12的自由端通過(guò)一導(dǎo)電載片13封口，用于形成所述多孔極氧化鋁骨架100的鋁片4即貼附在導(dǎo)電載片13的內(nèi)側(cè)上。電源2具有正極21和負(fù)極22，正極21連接至導(dǎo)電載片13上，以對(duì)所述鋁片4通電；負(fù)極22上連接有電解陰極6，該電解陰極6浸入電解液3中，以形成電流回路。當(dāng)電源2接通后，鋁片4上發(fā)生陽(yáng)極氧化反應(yīng)，從而變?yōu)槎嗫籽趸X骨架100。

為了保證鋁片4能夠在分槽12內(nèi)穩(wěn)固地貼附在導(dǎo)電載片13上，可把鋁片4裁剪成與該分槽12的截面形狀一致的形狀，如此，分槽12的內(nèi)壁可對(duì)鋁片4起到一定的卡設(shè)作用。同時(shí)，還可優(yōu)選在鋁片4的內(nèi)側(cè)裝配一橡膠圈5，以使鋁片4更為牢固地貼附在導(dǎo)電載片13上，以防止鋁片4從導(dǎo)電載片13上脫離而中斷陽(yáng)極氧化反應(yīng)。橡膠圈5優(yōu)選呈中空結(jié)構(gòu)，如此即可使酸性電解液6與鋁片4形成良好的接觸。

導(dǎo)電載片13可以選自銅片、石墨片等，此處不作具體規(guī)定，以其材料導(dǎo)電且不影響發(fā)生在鋁片4上的陽(yáng)極氧化反應(yīng)即可。同時(shí)，電解陰極6一般為能夠與鋁片4形成電解池且作為陰極的材料均可，如石墨電極等。

上述兩次陽(yáng)極氧化—酸溶的過(guò)程具體參照下述方法：(1)在酸性電解液中，以鋁片4為陽(yáng)極，在30V～40V的電壓下對(duì)鋁片4進(jìn)行一次陽(yáng)極氧化4h～6h，得到第一氧化物；(2)將第一氧化物浸于第一酸液中，進(jìn)行一次酸溶6h～8h，得到第二氧化物；(3)在所述酸性電解液中，以經(jīng)過(guò)第二氧化物為陽(yáng)極，在30V～40V的電壓下對(duì)第二氧化物進(jìn)二次陽(yáng)極氧化4h～6h，得到第三氧化物；(4)將第三氧化物浸于第二酸液中，進(jìn)行二次酸溶10h～20h，獲得多孔氧化鋁骨架100。

具體地，所述酸性電解液為酸、酸與醇的混合溶液、或酸與鹽的混合溶液；酸的濃度為0.3mol/L～1mol/L，酸選自硫酸、草酸、磷酸、丙二酸、蘋(píng)果酸、檸檬酸中的至少一種；醇選自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一種；鹽選自硫酸鋁、草酸鋁中的至少一種。第一酸液為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6％～10％的磷酸水溶液與質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.8％的鉻酸水溶液的混合溶液；第二酸液為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％～10％的磷酸水溶液。

優(yōu)選地，第一酸液的制備過(guò)程即可在上述多孔氧化鋁骨架的制作裝置中進(jìn)行，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6％～10％的磷酸水溶液與質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.8％的鉻酸水溶液可采用超聲的方式以混合均勻，如此，采用本發(fā)明的上述多孔氧化鋁骨架的制作裝置即可保證鋁片4牢固固定，避免了現(xiàn)有技術(shù)中等使用夾子來(lái)固定鋁片的方式，當(dāng)使用超聲等操作時(shí)易造成鋁片從夾子上脫落的問(wèn)題。

優(yōu)選地，將獲得的多孔氧化鋁骨架100用去離子水進(jìn)行清洗并烘干，備用。

值得說(shuō)明的是，為了提高多孔氧化鋁骨架100的制作效率，可在主槽11的側(cè)壁上設(shè)置多個(gè)分槽12，本發(fā)明的實(shí)施例中以設(shè)置兩個(gè)分槽12為例進(jìn)行說(shuō)明，

獲得的多孔氧化鋁骨架100的結(jié)構(gòu)示意圖即為圖2中所示。對(duì)獲得的多孔氧化鋁骨架100進(jìn)行了掃描電鏡測(cè)試(簡(jiǎn)稱SEM)，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，白色部分為多孔氧化鋁骨架100，而陣列排布的黑色點(diǎn)即為形成的若干通孔110。

步驟二：向通孔110中填充有機(jī)相變材料200，獲得相變導(dǎo)熱片。

具體來(lái)講，有機(jī)相變材料200選自石蠟、聚乙二醇、脂肪酸中的任意一種；有機(jī)相變材料200的質(zhì)量與多孔氧化鋁骨架100的質(zhì)量之比優(yōu)選為1:10～1:1。

優(yōu)選地，用熱鐵片及等離子刻蝕法去除附著在多孔氧化鋁骨架100表面的有機(jī)相變材料200，以使填充在通孔110中的有機(jī)相變材料200的端部與多孔氧化鋁骨架列100的表面相平齊。

以下將通過(guò)具體的實(shí)施例體現(xiàn)本發(fā)明的上述制作方法；為了對(duì)比各實(shí)施例中的不同條件，以表格的形式列出實(shí)施例1-5的條件參數(shù)。

表1實(shí)施例1-5的條件參數(shù)對(duì)比

在表1中，有機(jī)相變材料的用量表示該有機(jī)相變材料與多孔氧化鋁骨架的質(zhì)量之比，如實(shí)施例1中“10％石蠟”表示在多孔氧化鋁骨架中填充的石蠟占多孔氧化鋁骨架的質(zhì)量的10％，也就是說(shuō)，作為有機(jī)相變材料的石蠟與多孔氧化鋁骨架的質(zhì)量之比為1:10；同理，實(shí)施例2-5中有機(jī)相變材料與多孔氧化鋁骨架的質(zhì)量之比分別為3:10、1:2、7:10和1:1。

雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。