來源|Journal of Materials Science & Technology

01

背景介紹

先進(jìn)電子設(shè)備中的中央處理器(CPU)和射頻(RF)芯片的快速發(fā)展，芯片逐漸向集成化，微型化發(fā)展，導(dǎo)致功率密度的增加，因此使器件在工作的過程中產(chǎn)生大量的熱量。熱量積聚在電子設(shè)備中，造成系統(tǒng)溫度過高會嚴(yán)重影響運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，因此對散熱性能提出了更高的要求。相變材料(PCM)可以通過相變過程吸收和釋放熱能，基于PCM的熱管理能力，PCM在太陽能儲能、建筑保溫等方面得到了廣泛的應(yīng)用。有機(jī)相變材料，尤其是聚乙二醇(PEG)，因其相變焓高、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，近年來備受關(guān)注。然而，純PEG的低固有導(dǎo)熱系數(shù)限制了其實(shí)際應(yīng)用。更重要的是，當(dāng)超過臨界溫度時，聚合物會熔化成液體會導(dǎo)致泄漏影響電子設(shè)備的穩(wěn)定性。雖然可以通過將PCM嵌入聚合物基體和浸漬多孔材料等方法提高PCM的形狀穩(wěn)定性，但其較低的導(dǎo)熱系數(shù)限制了其在熱管理中的應(yīng)用。因此，同時實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱、高相變焓和良好形狀穩(wěn)定性的復(fù)合PCM仍然具有挑戰(zhàn)性。

02

成果掠影

近日，

蘭州大學(xué)拜永孝教授團(tuán)隊在用于熱管理的復(fù)合相變材料方面取得了最新研究進(jìn)展。

針對相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低、易泄漏、熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，該團(tuán)隊提出通過構(gòu)建仿生葉脈狀三維(3D)結(jié)構(gòu)的氮化硼(BN)并浸漬聚乙二醇(PEG)制備相變復(fù)合材料，該材料在低填料含量下，綜合性能得到了明顯提高。聚乙二醇存儲在BN的三維結(jié)構(gòu)中，可以防止高溫下的泄漏，提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。BN骨架作為聲子傳輸?shù)目焖偻ǖ?，可以有效降低熱阻。?dāng)填料用量為10 vol%時，復(fù)合PCMs的最高導(dǎo)熱系數(shù)為2.62 W/(mK)，是純PEG的10.1倍。在紅外攝像機(jī)下復(fù)合PCM表現(xiàn)出了優(yōu)異的電池?zé)峁芾硇阅?，這表明該材料在電池?zé)峁芾矸矫婢哂泻艽蟮臐摿Α?/p>

研究成果以“A strategy for constructing 3D ordered boron nitride aerogels-based thermally conductive phase change composites for battery thermal management”為題發(fā)表于《Journal of Materials Science & Technology》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1.采用水熱和浸漬法制備PEG/HBA復(fù)合材料。

圖2.(a) BN納米片的AFM圖像，(b)高分辨率BN片層邊緣的TEM圖像，(c) RGO和HBA-10氣凝膠，(d) BN, BN納米片，GO，和HBA-10的XRD曲線，(e) HBA-10的拉曼光譜。(f)HBA-10的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

圖3.(a)BN, GO和HBA-10的XPS曲線，(b)元素的質(zhì)量百分比，(c-d)GO和HBA-10高分辨XPS譜圖。

圖4.材料的微觀形貌示意圖。

圖5.材料的導(dǎo)熱性能。

圖6.(a)PEG/HBA系列復(fù)合材料的DSC曲線，(b)PEG/HBA-10加熱和冷卻50次循環(huán)后的DSC曲線。

圖7.電池的溫度變化示意圖。

END

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審核編輯黃宇