(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210868650.2 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 中北大学 地址 030051 山西省太原市学院路3号 (72)发明人 刘长城　黄鹊　徐登基　郭丽　 (74)专利代理 机构 太原晋科知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 14110 专利代理师 翟冲燕 (51)Int.Cl. C09K 21/02(2006.01) C09K 21/14(2006.01) C09K 5/06(2006.01) H01M 10/658(2014.01) H05K 7/20(2006.01) H05K 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复 合相变阻燃材 料及制备方法和应用 (57)摘要 本发明属复合相变材料设计合成和电磁屏 蔽技术领域， 为解决目前复合相变材料热管理、 电磁屏蔽和阻燃功能无法 兼容的问题， 提供一种 具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻 燃材料及制备方法和应用。 在作为热管理介质的 相变材料中加入 “手风琴状 ”结构的MXene作为形 状骨架和导热剂， 加入阻燃剂Mg(OH)2充分混合 杂化， 抽滤得到复合相变材料， 其可以直接应用 于商业化的新型电子封装系统中。 制备工艺简 单， 成本低廉， 成果易转化， 有较高潜在经济价 值， 社会及生态效益突出； 所制备的复合相变材 料结合了优异的形状稳定性、 高效的热管理能力 和电磁屏蔽性能， 在微电子封装、 电池热管理、 热 能存储和智能建筑等领域展现出广阔的应用前 景。 权利要求书1页 说明书10页 附图6页 CN 115322797 A 2022.11.11 CN 115322797 A 1.一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料在电磁干扰EMI屏蔽中的 应用， 其特征在于： 所述复合相变阻燃材料为： 在作为热管理介质的相变材料中加入 “手风 琴状”结构的骨架材料作为形状骨架和导热剂， 加入阻燃剂充分混合杂化， 抽滤得到复合相 变阻燃材料； 其中所述骨架材料为MXene、 PPY或碳化明胶中的任意一种； 所述相变材料为 PEG、 葵酸、 十二醇或十八烷中的任意一种； 所述阻燃剂为Mg(OH)2、 DBDPO或溴化聚苯乙烯中 的任意一种； 所述骨架材 料、 相变材 料和阻燃剂三 者的质量比是： 1~1.5:7~8:1~1.5； 所述复合相变阻燃材 料作为电子 封装材料包覆于电器或电池上。 2.根据权利 要求1所述的应用， 其特征在于： 所述骨架材料为 “手风琴状 ”结构的MXene； 所选相变材 料为PEG； 所选阻燃剂为Mg(OH)2。 3.根据权利要求1或2所述的应用， 其特征在于： 所述相变材料为膜、 固体粉末 或块体中 的任意一种。 4.制备具有热管理性 能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料的方法， 所述复合相变阻 燃材料为权利要求1中所述复合相变阻燃材 料， 其特征在于： 具体步骤如下： a) 制备MXene骨架： 以Ti3AlC2MAX相前驱体为原料， 用氟化锂LiF和12  M盐酸刻蚀法制 备Ti3C2Tx纳米片， 具体为： 将2g  LiF加入到30  mL 12 M HCl溶液中， 连续搅拌30  min， 然后 将2g Ti3AlC2MAX相前驱体加入到上述溶液中， 在35℃下保持搅拌24  h， 刻蚀过程 中将Al层 去除； 在得到的溶液中加 入去离子水， 8000  rpm离心10min， 离心结束后， 将上清液倒 出， 继 续加入去离子水， 重复上述操作6 ‑7次， 直至上清液pH为6， 洗涤结束； 然后， 在惰性气氛、 0 ‑ 30℃低温下， 用乙醇40  kHz超声10  min， 超声期间用冰袋或者冰块降温， 得到多层超薄 MXene纳米片； 在 ‑40℃下冷冻干燥 48h， 得到固体MX ene骨架； b） 制备复合膜： 抽滤制备MXene@PEG/Mg(OH)2或MXene@PEG复合膜： 将2gPEG粉末加入到 50mL Ti3AlC2溶液或40mL  Ti3AlC2溶液和0.1g  Mg(OH)2的混合溶液 中， 在30℃下搅拌， 使其 充分溶解， 得到质量比为8:2的MXene与PEG均相混合物； 搅拌30分钟后， 将PEG和步骤a)中所 制备的固体MXene骨架倒入过滤装置； 抽滤， 得到MXene@PEG/Mg(OH)2或MXene@PEG超 薄混合 膜； c） 制备终产物： 将步骤b)中所得的MXene@PEG/Mg(OH)2或MXene@PEG超薄混合膜置于60 ℃的真空干燥箱中， 保温12h； 当薄膜完全固化后， 得到形状稳定的MXene@PEG/Mg(OH)2或 MXene@PEG复合材 料。 5.根据权利要求 4所述的制备 方法， 其特 征在于： 步骤a)中所述的惰性气氛为 N2或Ar。 6.根据权利要求1或2所述的应用， 其特征在于： 具体应用方法为： 将所述复合相变阻燃 材料包覆在电器或电池上， 利用热电偶测温装置监测温度变化， 获取不同工作环境下 的实 时温度、 平均温度、 温度差等数值， 用以表征热管理性能， 通过矢量网络分析仪V NA测试其电 磁屏蔽效率， 通过酒精灯加热实验 验证其阻燃性能。 7.根据权利要求6中所述的应用， 其特征在于： 电池热管理系统的包装材料为铝合金、 铜或铁中的任意 一种， 散热片为任意金属。 8.根据权利要求7 所述的应用， 其特 征在于： 所述散热片为 泡沫镍或泡沫铜。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115322797 A 2一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的 复合相变阻燃材料及 制备方法和应用 技术领域 [0001]本发明属于复合相变材料设计合成和电磁屏蔽技术领域， 具体涉及一种具有热管 理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材 料及制备 方法和应用。 背景技术 [0002]相变材料在潜热储存的应用中起着主导作用， 它可以在热量过剩时储存， 在需要 热量时释放， 就像储水池中的水一样， 它 可以一定程度上克服能源供需之间的时空不匹配 问题。 由于其可在相变过程中储存/释放热量、 低成本、 易 获取等突出特点， 相变材料被广泛 应用于太阳能转换和储存、 电子热管 理、 建筑节能、 余热利用和非 高峰电力热储存系统等领 域。 [0003]在日常生活中， 出现了大量的小型化和高频通信电子设备。 因此， 电磁辐射逐渐成 为人们需要面对的一个重要问题， 它不仅会降低设备的运行精度， 甚至危害人类健康。 为了 解决这些问题， EMI屏 蔽材料的开发迫在眉睫。 典型的EMI屏 蔽材料会将大部分电磁辐射转 化为热量， 其持续暴露在电磁源中会导致大量热量积聚， 最终可能导致设备损毁。 解决EMI 材料的热管理问题可以保护小 型化和高频电子 设备， 这与前述相变材料的热能储存需求相 一致。 因此， 亟需开发先进且将高EMI屏蔽和有效热管理能力结合起来的电子封装复合材 料。 [0004]固液有机相变材料因其优越的性能而被认为是上述复合材料中理想的候选者， 包 括合适的相变温度、 优异的化学稳定性、 无毒性、 低腐蚀性、 易获取、 和可忽略的过冷等特 性。 然而， 其相变过程中的液体泄漏问题和 低导热系数是两个长期存在的致命缺陷， 导致其 应用受到了一些阻碍。 如果不能合理解决这两个 问题， 固液有机相 变材料的泄漏将降低热 管理性能； 导热系数不足会降低电子产品充放电速度。 [0005]为了解决这些缺陷， 目前主要采用两种方法： 一是加入不 同的添加剂来制 备高导 热相变复合材料， 二是使用形状骨架或形状稳定技术将相变材料固定， 骨架不仅可以防止 相变材料泄漏， 还可以增强复合材料 的性能， 这种方法还允许将复合相 变材料加工成所需 的形状。 基于PEG 的聚氨酯是复合相变材料中的代表性产品， 其中PEG与聚氨酯骨架共价结 合， 以确保相变过程中的形状稳定性， 但使用时仍需克服相变材料 的低热导率问题。 此外， 其缺乏EMI屏蔽功能， 目前尚未有研究致力于探索集高热导率、 力学稳定性能、 电磁屏蔽功 能、 阻燃性能与一体的电子 封装复合相变材 料。 发明内容 [0006]本发明为解决目前复合相变材料热管理能力、 电磁屏蔽功能和阻燃特性无法兼容 的问题， 提供了一种具有 热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料及制备方法和应 用。 [0007]本发明是由如下技术方案实现的： 一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相说　明　书 1/10 页 3 CN 115322797 A 3