CN106893561A - 相变复合材料及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种相变复合材料及其制备方法和用途，该相变复合材料用于涂覆在待散热物体的表面，并且包括粘结树脂、相变储热材料，所采用的相变储热材料的相变温度是20～70℃。本发明实施例的相变复合材料可有效用于电子设备发热器件的散热。

Description

相变复合材料及电子设备

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地，本发明涉及相变复合材料及电子设备。

背景技术

电子产品的更新换代越来越快，功能也越来越强，但除了功能性的大大丰富以满足人们越来越多的需求之外，也额外带来了一个问题，就是“热”，“热”虽然看上去只是稍微影响用户体验，但是一旦控制不好变成了“烫”的话，对于使用者来说就感觉非常不好了，严重影响用户的体验；并且对电子产品而言，长时间在高温下工作，可能出现电池电量下降过快，死机重启，元器件老化等各种各样的问题。

因此，如何解决电子产品发热，是电子产品开发过程中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种相变复合材料。根据本发明的实施例，所述相变复合材料用于涂覆在待散热物体的表面，并且包括：粘结树脂，相变储热材料，所述相变储热材料的相变温度是20～70℃。根据本发明的实施例，该相变复合材料可直接涂覆在待散热物体的表面，在待散热物体的表面形成均匀的导热和储热膜，热量可直接快速传递到该相变复合材料，相变复合材料受热从固态逐渐转变成液态，进而将热量从待散热物体吸收到该相变复合材料，同时由于该相变复合材料具有良好的储热性能，热量缓慢地从该相变复合材料释放出去，相变复合材料从液态转变为固态，因此，通过本发明实施例的相变复合材料吸热由固态转变为液态，放热由液态转变为固态，避免了由于热量的增多而引起温度的急剧升高，以相变复合材料的状态变化完成一次吸热和放热循环，有效地吸收待散热物体的的热量，有效地实现待散热物体的的散热，同时又不会引起由于吸热而导致温度过分升高的现象。另外，根据本发明的实施例，相比于金属背板导热、石墨散热片导热、导热凝胶散热、冰巢散热，该相变复合材料应用于待散热物体的散热，可直接涂覆在待散热物体的表面，从而与待散热物体直接接触，与待散热物体之间没有空气间隔，热量可直接从待散热物体传递到本发明实施例的相变复合材料，导热效率显著提高；相比于热管散热，该相变复合材料应用于待散热物体的散热，不需要容器承载，所需空间较小；相比于冰巢散热，该相变复合材料应用于待散热物体的散热，能够实现待散热物体的快速散热。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种电子设备。根据本发明的实施例，所述电子设备包括：壳体；以及处理器或电池的至少之一，所述处理器或电池设置在所述壳体中；其中，所述处理器或电池的表面涂覆有前面所述的相变复合材料。如前所述，本发明实施例的相变复合材料可直接涂覆在待散热物体的表面，如电子设备处理器或电池的表面，待散热物体与本发明实施例的相变复合材料之间没有空气间隔，热量可直接由待散热物体直接传递到本发明实施例的相变复合材料，导热效率高，同时由于本发明实施例的相变复合材料具有储热性能好的优势，其可通过吸热由固态转变为液态，放热由液态转变为固态，可避免由于热量的增多而引起温度的急剧升高。因此，根据本发明的实施例，本发明实施例的电子设备的处理器或电池上涂覆有本发明实施例的相变复合材料，该处理器或电池可在基本恒定的温度下工作，避免了该电子设备长时间工作而产热导致的设备电池电量下降过快、死机重启、元器件老化的问题，从而，本发明实施例的电子设备具有使用寿命长的优势。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

相变复合材料

在本发明的第一方面，本发明提出了一种相变复合材料。根据本发明的实施例，本发明实施例的相变复合材料用于涂覆在待散热物体的表面，并且包括：粘结树脂，相变储热材料，所采用的相变储热材料的相变温度是20～70℃。根据本发明的实施例，上述散热物体可为电子设备的处理器或电池。根据本发明的实施例，该相变复合材料可直接涂覆在待散热物体，如电子设备的处理器或电池的表面，在待散热物体的表面形成均匀的导热和储热膜，热量可直接快速传递到该相变复合材料，相变复合材料受热从固态逐渐转变成液态，进而将热量从待散热物体吸收到该相变复合材料，同时由于该相变复合材料具有良好的储热性能，热量缓慢地从该相变复合材料释放出去，相变复合材料从液态转变为固态，因此，通过本发明实施例的相变复合材料吸热由固态转变为液态，放热由液态转变为固态，避免了由于热量的增多而引起温度的急剧升高，以相变复合材料的状态变化完成一次吸热和放热循环，有效地吸收待散热物体的热量，有效地实现待散热物体的散热，同时又不会引起由于吸热而导致温度过分升高的现象。另外，根据本发明的实施例，相比于金属背板导热、石墨散热片导热、导热凝胶散热、冰巢散热，该相变复合材料应用于待散热物体的散热，可直接涂覆在待散热物体的表面，从而与待散热物体直接接触，与待散热物体之间没有空气间隔，热量可直接从待散热物体传递到本发明实施例的相变复合材料，导热效率显著提高；相比于热管散热，该相变复合材料应用于待散热物体的散热，不需要容器承载，所需空间较小；相比于冰巢散热，该相变复合材料应用于待散热物体的散热，能够实现待散热物体的快速散热。

另外，根据本发明的实施例，发明人通过大量的筛选实验，发现粘结树脂的含量在10～50重量份，相变储热材料的含量在25～70重量份，粘结树脂的成型和支撑功效可更好地与相变储热材料的吸热/放热发生相变的性能相匹配，从而，本发明实施例的相变复合材料的成膜效果显著提高，进而更加有利于本发明实施例的相变复合材料直接涂覆于待散热物体的表面，导热和储热效能也进一步提高。

具体的，根据本发明的实施例，采用的相变储热材料可选自石蜡类、醇类和脂肪酸类的至少之一，石蜡、醇类、脂肪酸类的相变温度在20～70℃之间，石蜡、醇类、脂肪酸类在20～70℃之间具有良好的吸热和放热功能，能通过吸热和放热循环更有效实现待散热物体的散热，且不会造成温度骤升。

根据本发明的一些实施例，所采用的粘结树脂可选自热固性树脂、热塑性树脂的至少之一，其中，热塑性树脂包括亲水性热塑性树脂和亲油性热塑性树脂。热固性树脂的类型不受特别限制，根据本发明的实施例，热固性树脂可选自环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂的至少之一。根据本发明的另外一些实施例，当粘结树脂采用热固性塑脂时，本发明实施例的相变复合材料可进一步包括固化剂，根据本发明的实施例，该固化剂为选自聚酰胺、多异氰酸酯的至少之一。另外，根据本发明的实施例，采用热塑性树脂的类型也不受特别限制，根据本发明的实施例，热塑性树脂可选自但不限于热塑性丙烯酸树脂、热塑性聚氨酯树脂、聚碳酸酯、甲基丙烯酸酯、聚乙烯、纤维素、氯化橡胶、过氯乙烯、线性酚醛树脂的至少之一。根据本发明的实施例，当粘结树脂采用热塑性树脂中的亲水性热塑性树脂时，本发明实施例的相变复合材料可进一步包括成膜助剂，根据本发明的另外一些实施例，该成膜助剂采用醇酯十二、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚的至少之一。发明人发现，由于亲水性热塑性树脂的含水量高，不利于成膜，成膜助剂如醇脂十二等可显著促进亲水性热塑性树脂的成膜，进而更加有利于本发明实施例的相变复合材料直接涂覆于待散热物体的表面。

另外，根据本发明的实施例，本发明实施例的相变复合材料可进一步包括：0.1～5重量份的增粘剂，发明人发现，0.1～5重量份的增粘剂可使本发明实施例的相变复合材料的粘度提高，从而有利于达到施工粘度，更加有利于本发明实施例的相变复合材料的成膜，更加便于将本发明实施例的相变复合材料直接涂覆于待散热物体的表面。

同时，根据本发明的另外一些实施例，发明人也意外地发现，本发明实施例的相变复合材料还可以进一步包括：5～60重量份的稀释剂，发明人发现，5～60重量份的稀释剂也会更有利于本发明实施例的相变复合材料的施工，即喷涂、印刷或刷涂。具体地，稀释剂的类型不受特别限制，根据本发明的实施例，该稀释剂可选自但不限于丙酮、甲乙酮、环己酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯、去离子水的至少之一，本发明实施例的相变复合材料采用上述稀释剂，其施工更加方便，通过喷涂、印刷或刷涂，本发明实施例的相变符合材料更加便于直接涂覆在待散热物体的表面。

制备相变复合材料的方法

为了方便理解，下面对可以用于制备上述相变复合材料的方法进行描述。。根据本发明的实施例，该方法包括：将粘结树脂、相变储热材料进行混合，以便获得相变复合材料。具体地，根据本发明的实施例，本发明实施例的制备相变复合材料的方法进一步包括将粘结树脂、相变储热材料、增粘剂、稀释剂和/或固化剂、成膜助剂的至少之一进行搅拌混匀，以便得到相变复合材料。根据本发明的实施例，利用本发明实施例的制备相变复合材料的方法，可高效地制备前面所述的相变复合材料，所采用的粘结树脂、相变储热材料、增粘剂、稀释剂和/或固化剂、成膜助剂为本领域技术人员所熟知的材料，取材方便，另外，根据本发明的实施例，本发明实施例的方法仅需通过搅拌即可完成混匀，即可获得本发明实施例的相变复合材料，操作简便。同时，如前所述，利用本发明实施例的制备方法制备的相变复合材料，其可直接涂覆在待散热物体的表面，在待散热物体的表面形成均匀的导热和储热膜，待散热物体与本发明实施例的方法制备的相变复合材料之间没有空气间隔，热量可直接快速传递到该相变复合材料，相变复合材料受热从固态逐渐转变成液态，进而将热量从待散热物体吸收到该相变复合材料，同时由于所得相变复合材料具有良好的储热性能，热量缓慢地从该相变复合材料释放出去，相变复合材料从液态转变为固态，因此，通过本发明实施例的制备方法制备的相变复合材料，其吸热由固态转变为液态，放热由液态转变为固态，避免了由于热量的增多而引起温度的急剧升高，以相变复合材料的状态变化完成一次吸热和放热循环，有效地吸收待散热物体的热量，有效地实现待散热物体的散热，同时又不会引起由于吸热而导致温度过分升高的现象。

另外，根据本发明的实施例，本发明实施例的制备方法中的混合是在高速分散机的搅拌下进行的，高速分散机的转速采用的是500-2500r/min，优选采用800r/min的条件下，进行15～30分钟。根据本发明的具体实施例，可先将不包括相变储热材料的其它物质进行搅拌混匀，高速搅拌机的速度采用较高转速，如1500r/min，并搅拌15分钟，然后继续添加相变储热材料，此时可将转速降低，如降至800r/min，并继续搅拌15分钟。根据本发明的实施例，在上述混匀条件下所制备的相变复合材料中各种物质能够得到充分混匀，所得相变复合材料的质地均匀、导热和储热功效进一步增强。

另外，根据本发明的一些实施例，本发明实施例的制备相变复合材料的方法还可以进一步包括：将采用的相变储热材料预先进行球磨处理，球磨处理后得到的相变储热材料的直径小于100微米，直径优选小于10微米。发明人发现，将采用的相变储热材料预先球磨成直径小于10微米的微粒，有利于后续的混匀操作，所得到的相变复合材料的质地均匀性进一步提高，不同位置处相变复合材料的吸热同步性提高，进而更加有效地实现相变复合材料的散热功能。

根据本发明的实施例，本发明实施例的制备方法制备的相变复合材料可直接涂覆在待散热物体的表面，并在常温下干燥固化24小时，以便在待散热物体的表面形成散热膜。本发明实施例的制备方法制备的相变复合材料，应用时可直接涂覆在待散物体的表面，待散热物体与本发明实施例的相变复合材料直接接触，之间没有空气间隔，热量可直接由待散热物体传递到该相变复合材料，避开了空气导热效率低的问题，本发明实施例的制备方法制备的相变复合材料的导热效率显著提高。

相变复合材料在电子设备散热中的用途

在本发明的另一方面，本发明提出了前面所描述的相变复合材料在电子设备散热中的用途。根据本发明的实施例，本发明实施例的相变复合材料可直接涂覆在电子设备待散热器件的表面，在电子设备待散热器件表面可形成均匀的导热和储热膜，待散热器件和相变复合材料之间没有空气间隔，热量可直接快速传递到该相变复合材料，相变复合材料受热从固态逐渐转变成液态，进而将热量从电子设备待散热器件吸收到该相变复合材料，同时由于该相变复合材料具有良好的储热性能，热量缓慢地从该相变复合材料释放出去，相变复合材料从液态转变为固态，因此，通过本发明实施例的相变复合材料吸热由固态转变为液态，放热由液态转变为固态，可有效避免由于热量的增多而引起温度的急剧升高，以相变复合材料的状态变化完成一次吸热和放热循环，从而有效地吸收电子设备待散热器件的热量，有效地实现电子设备待散热器件的散热，同时又不会引起电子设备由于吸热而导致温度过分升高的现象。因此，本发明实施例的相变复合材料可用于电子设备的有效散热，具有在电子设备散热中的用途。

电子设备

在本发明的另一方面，本发明提出了一种电子设备。根据本发明的实施例，该电子设备包括壳体；以及处理器或电池，处理器或电池设置在壳体中，其中，处理器或电池的表面涂覆有本发明实施例的相变复合材料。本发明实施例的相变复合材料可直接涂覆在待散热物体的表面，具有导热效率高、储热性能好的优势，其可通过吸热由固态转变为液态，放热由液态转变为固态，可避免由于热量的增多而引起温度的急剧升高。因此，根据本发明的实施例，本发明实施例的电子设备的处理器或电池上涂覆有本发明实施例的相变复合材料，该处理器或电池可在基本恒定的温度下工作，可避免该电子设备长时间工作而产热导致的设备电池电量下降过快、死机重启、元器件老化的问题，从而，本发明实施例的电子设备具有使用寿命长的显著优势。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

一般方法

在下面的实施例中，如果没有明确指出，则按照下面的步骤制备相变复合材料：

(1)将相变储热材料采用行星式高能球磨机(型号为DECO-SG100，德科)进行球磨，球磨成直径小于10微米的颗粒。

(2)将除相变储热材料以外的制备相变复合材料的成分配制成混合溶液，在高速分散机中以1500r/min的转速搅拌15分钟，充分混合后，得到溶液X。

(3)在溶液X中加入步骤(1)得到的相变储热材料颗粒，在高速分散机中以800r/min的转速搅拌15分钟，充分混合后，得到相变复合材料。

实施例1～3

在这些实施例中，按照一般方法所描述的步骤，制备相变复合材料，其中，实施例1～3中制备相变复合材料的各成分及其用量如表1所示，

表1

实施例1～3所得相变复合材料直接涂布在待散热物体的表面，并在常温下放置24小时干燥固化，以便在待散热物体的表面形成散热膜。

实施例4

在实施例4中，按照一般方法所描述的步骤，制备相变复合材料，其中，在本实施例中制备相变复合材料的所采用的成分和用量同实施例1中制备相变复合材料的成分和用量一致。

本实施例中制得的相变复合材料封装在壁厚为0.1mm的铝板中。

实施例5

在实施例5中，按照一般方法所描述的步骤，制备相变复合材料，其中，在本实施例中制备相变复合材料的所采用的成分和用量同实施例1中制备相变复合材料的成分和用量一致。

本实施例中制得的相变复合材料填充于具有通孔的泡沫铝中。

实施例6

在本实施例中，按照如下描述对实施例1～5制得的相变复合材料进行流动性测试和散热效果测试：

(1)流动性测试

在金属薄片上涂覆面积为25mm*25mm，厚度为50微米的实施例1～3的相变复合材料测试样块；

实施例4中制备的相变复合材料封装在壁厚为0.1mm的铝板中，其中相变复合材料测试样块的厚度为50微米、面积为25mm*25mm，并放在金属薄片上；

实施例5中制备的相变复合材料填充于具有通孔的厚度为50微米、面积为25mm*25mm的泡沫铝中，并放在金属薄片上；

将上述相变复合材料测试样块在70℃下保持7天，测量测试前后相变复合材料的面积变化，测试结果列于表2中。

(2)散热效果

利用高通骁龙810处理器制作测试板，并使其处于超频工作状态。制作时将高通骁龙810处理器外置，用于测试。采用温度监控摄像机监测温度。

将高通骁龙810处理器的单面涂覆厚度为100微米的实施例1～3的相变复合材料。启动开始工作按钮，15min测试处理器表面温度A_表，相变复合材料表面温度A_相。并将测试结果列于表2中。

实施例4中相变复合材料封装在壁厚为0.1mm的铝板中，其中相变复合材料的厚度为100微米，并将其放置在处理器表面，启动开始工作按钮，15min测试处理器表面温度A_表，相变复合材料表面温度A_相，结果列于表2中。

实施例5中相变复合材料填充于具有通孔的厚度为100微米的泡沫铝中，并将其放置在处理器表面，启动开始工作按钮，15min测试处理器表面温度A_表，相变复合材料表面温度A_相，结果列于表2中。

表2

由表2可以看出，实施例1～5所得相变复合材料在70℃以下没有流动性，可有效附着在待散热物体表面(如金属薄片、高通骁龙810处理器)，相变复合材料在70℃以下具有吸热/放热而产生相变的特性，使其具有良好的散热功效，待散热物体表面温度和相变复合材料表面温度不会过分升高。然而，如果将相变复合材料封装在铝板中或填充于泡沫铝中(如实施例4和5所示)，其散热效果反而没有将相变复合材料直接涂覆在待散热物体的表面好。因此，本发明实施例的相变复合材料更加适合直接涂覆在待散热物体的表面进行待散热物体的有效散热。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种相变复合材料，其特征在于，所述相变复合材料用于涂覆在待散热物体的表面，并且包括：

粘结树脂，

相变储热材料，所述相变储热材料的相变温度是20～70℃。

2.根据权利要求1所述的相变复合材料，其特征在于，所述粘结树脂的含量是10～50重量份，所述相变储热材料的含量是25～70重量份。

3.根据权利要求1所述的相变复合材料，其特征在于，所述相变复合材料进一步包括：0.1～5重量份的增粘剂。

4.根据权利要求1所述的相变复合材料，其特征在于，所述相变复合材料进一步包括：5～60重量份的稀释剂。

5.根据权利要求1所述的相变复合材料，其特征在于，所述粘结树脂包括选自热固性树脂、热塑性树脂的至少之一，

其中，所述热塑性树脂包括亲水性热塑性树脂和亲油性热塑性树脂。

6.根据权利要求5所述的相变复合材料，其特征在于，所述热固性树脂包括选自环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂的至少之一。

7.根据权利要求5所述的相变复合材料，其特征在于，所述热塑性树脂包括选自热塑性丙烯酸树脂、热塑性聚氨酯树脂、聚碳酸酯、甲基丙烯酸酯、聚乙烯、纤维素、氯化橡胶、过氯乙烯、线性酚醛树脂的至少之一。

8.根据权利要求5所述的相变复合材料，其特征在于，所述粘结树脂为热固性树脂时，所述相变复合材料进一步包括固化剂。

9.根据权利要求5所述的相变复合材料，其特征在于，所述粘结树脂为热塑性树脂，所述热塑性树脂为亲水性热塑性树脂时，所述相变复合材料进一步包括成膜助剂。

10.根据权利要求8所述的相变复合材料，其特征在于，所述固化剂为选自聚酰胺、多异氰酸酯的至少之一。

11.根据权利要求9所述的相变复合材料，其特征在于，所述成膜助剂为选自醇酯十二、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚的至少之一。

12.根据权利要求1所述的相变复合材料，其特征在于，所述相变储热材料包括选自石蜡类、醇类、脂肪酸类的至少之一。

13.根据权利要求4所述的相变复合材料，其特征在于，所述稀释剂包括选自丙酮、甲乙酮、环己酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯、去离子水的至少之一。

14.根据权利要求1所述的相变复合材料，其特征在于，所述待散热的物体为电子设备的处理器或电池。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：

壳体；以及

处理器或电池的至少之一，所述处理器或电池设置在所述壳体中，

其中，所述处理器或电池的表面涂覆有权利要求1～13任一项所述的相变复合材料。