本发明涉及温控复合材料，尤其涉及一种聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、近年来随着航空航天、汽车运输、家用电器等领域的飞速发展，各种大规模集成电路广泛应用于各类精密电子设备，小体积化、高集成度成为各类电子元器件的发展方向。然而，不同器件材料的热膨胀与热收缩系数千差万别，器件与外部环境间温差过大时，会产生较大的热应力，降低器件的工作性能和可靠性，从而影响器件的工作效率和使用寿命。为了防止电子设备元器件长期处于高温或低温环境下失效，一般的精密电子设备要求在-15～50℃的范围内工作。温控问题已经逐渐成为制约电子元器件发展的主要问题。
2、ptc(positive temperature coefficient，正温度系数)材料因具有无需借助控制电路即可实现自适应温控的特点，在航空航天、汽车运输、家用电器等领域的温控系统中有广泛的前景。目前研制的高分子基ptc材料的居里温度点普遍较高(50-300℃)，难以满足常温段电子元器件的温控需求，且材料在长期使用过程中易出现稳定性能下降等问题。目前有研究人员以石蜡、有机酸晶体等低居里点相变材料通过直接简单共混共晶骨架支撑材料制备了一系列低居里温度的高分子基ptc材料，但是这些材料在加热过程中，共晶骨架支撑材料存在膨胀体积变化较大的问题，同时会出现加热柔软的骨架支撑材料不足以支撑发生固-液相变的相变材料的现象，易发生坍塌泄漏等缺点。
技术实现思路
1、本发明提供了一种聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料及其制备方法和应用，以克服现有ptc材料在加热过程中骨架支撑材料存在膨胀体积变化较大和不足以支撑发生固-液相变的现象，且易发生坍塌泄露，以及现有焦耳加热材料在应用中需要借助控制电路完成控温等技术问题。
2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：
3、本发明的第一方面提供一种聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，包括：
4、聚酰亚胺气凝胶载体，以及负载于所述聚酰亚胺气凝胶载体上的负载物，所述负载物包括脂肪醇和导电粒子；
5、所述导电粒子包括粒径大小为30nm的炭黑和粒径大小为3μm的镍粉；
6、所述镍粉和所述炭黑的质量比为1：0.6～1.8。
7、结合第一方面优选地，所述聚酰亚胺气凝胶载体由芳香二胺与芳香二酐经过聚合、冷冻干燥和热酰亚胺化制备得到。
8、结合第一方面优选地，所述芳香二胺为对苯二胺、3,5-二氨基苯甲酸、2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、4,4'-二氨基二苯醚、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑中的一种或几种；
9、和/或，所述芳香二酐为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、4,4'-联苯醚二酐、4,4'-二氨基二苯基砜中的一种或几种。
10、结合第一方面优选地，所述脂肪醇类为十二醇、十三醇、十四醇、十五醇中的一种或几种。
11、本发明的第二方面提供一种第一方面所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料的制备方法，包括：
12、使芳香二胺溶解于极性溶剂后，加入芳香二酐，进行加热聚合、纯化后，收集聚酰胺酸粉体；
13、使所述聚酰胺酸粉体、叔胺和水混匀后，得到聚酰胺酸水溶液，之后进行冷冻干燥、热酰亚胺化，即得聚酰亚胺气凝胶；
14、使脂肪醇和导电粒子加热熔融后，得到混合料，并使所述聚酰亚胺气凝胶浸渍于所述混合料中，在真空环境和超声下进行吸附，收集聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料。
15、结合第二方面优选地，所述芳香二胺与所述芳香二酐的摩尔比为1：1；
16、和/或，所述混合料与所述聚酰亚胺气凝胶的质量比为60～30：1。
17、结合第二方面优选地，所述极性溶剂为二甲基乙酰胺，所述叔胺为三乙胺；
18、和/或，所述聚酰胺酸水溶液的固含量为1.2wt％。
19、结合第二方面优选地，所述使芳香二胺溶解于极性溶剂时，溶解时间为20～50min；所述进行加热聚合时，聚合时间为5～15h；
20、和/或，所述进行冷冻干燥时，冷冻干燥时间为48～96h；
21、和/或，所述进行热酰亚胺化包括：先依次在80℃、100℃、120℃下烘干1h后，再依次在200℃、300℃、400℃下酰亚胺化2h，得到所述聚酰亚胺气凝胶。
22、结合第二方面优选地，所述加热熔融时间为1～2h；所述真空环境的温度为90℃；超声时间为1～2h；
23、和/或，所述进行真空吸附时，吸附时间为12～24h。
24、本发明的第三方面提供一种第一方面所述的单聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料或者第二方面所述方法制备的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料在精密电子元器件的低温热管理材料制备中的应用。
25、与现有技术相比，本发明实施例的优点或有益效果至少包括：
26、本发明提供的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，以聚酰亚胺气凝胶为载体，以脂肪醇为相变材料且负载于聚酰亚胺气凝胶的多孔结构中，且脂肪醇内部包含均匀分布的炭黑和镍粉；一方面，聚酰亚胺气凝胶作为ptc复合材料的支撑基体，可达到在低温等恶劣环境下应用的需求；另一方面，在毛细作用力、表面张力及氢键作用下，具有高表面积的聚酰亚胺气凝胶能够有效抑制ptc在加热过程中相变材料相变引起的坍塌泄露问题；第三方面，在脂肪醇融化并将导电网络破坏后，能够抑制熔融状态的流动，可以防止导电网络重新形成并产生ntc现象；第四方面，同时兼具不同粒径复配导电粒子赋予的较低的低温电阻率、性能稳定以及重复率高。
27、本发明提供的制备方法将芳香二胺和芳香二酐在极性溶剂溶解的条件下进行聚合反应、纯化处理后，得到聚酰胺酸粉体；之后，将聚酰胺酸粉体和叔胺在水中进行混合，得到聚酰胺酸溶液，进行冷冻干燥、热酰亚胺化，即得聚酰亚胺气凝胶，之后，将脂肪醇和导电粒子加热熔融后，得到混合料，并将聚酰亚胺气凝胶浸渍于混合料中，在真空和超声下进行吸附以使混合料能够充分吸附到聚酰亚胺气凝胶的三维多孔结构中，收集聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料。一方面，聚酰亚胺气凝胶作为ptc复合材料的支撑基体，可达到在低温等恶劣环境下应用的需求；另一方面，在毛细作用力、表面张力及氢键作用下，具有高表面积的聚酰亚胺气凝胶能够有效抑制ptc在加热过程中相变材料相变引起的坍塌泄露问题；第三方面，在脂肪醇融化并将导电网络破坏后，能够抑制熔融状态的流动，可以防止导电网络重新形成并产生ntc现象；第四方面，同时兼具不同粒径复配导电粒子赋予的较低的低温电阻率、性能稳定以及重复率高；第五方面，相比于传统单一真空负压进行吸附，超声吸附可以防止高粘度混合料颗粒聚集阻塞气凝胶孔隙影响吸附效率，超声波的机械振动能够有效地分散颗粒，并通过声空化效应和隧道效应增加吸附效果，使得整体结构更紧密。
28、本发明提供的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，一方面，在真空低温条件下具有优异的温控性能，有望作为精密电子元器件的低温热管理材料使用；另一方面，其制备方法简单、原料易得，易于大规模工业化生产。
29、另外，一方面，现有的低居里温度的高分子基ptc温控材料大多通过低居里温度相变材料共混高分子基骨架支撑材料制备，尚未考虑到结合多孔材料的封装策略。另一方面，不同于多孔材料吸附相变芯材的温控材料通过相变芯材相变过程的吸收或释放潜热完成被动的温度调节，本发明的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料是通过自适应的焦耳加热实现主动自控温调节。
1.一种聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺气凝胶载体由芳香二胺与芳香二酐经过聚合、冷冻干燥和热酰亚胺化制备得到。
3.根据权利要求2所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，其特征在于，所述芳香二胺为对苯二胺、3,5-二氨基苯甲酸、2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、4,4'-二氨基二苯醚、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑中的一种或几种；
4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，其特征在于，所述脂肪醇类为十二醇、十三醇、十四醇、十五醇中的一种或几种。
5.一种权利要求1-4任一所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料，其特征在于，所述芳香二胺与所述芳香二酐的摩尔比为1：1；
7.根据权利要求5所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料的制备方法，其特征在于，所述极性溶剂为二甲基乙酰胺，所述叔胺为三乙胺；
8.根据权利要求5所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料的制备方法，其特征在于，所述使芳香二胺溶解于极性溶剂时，溶解时间为20～50min；所述进行加热聚合时，聚合时间为5～15h；
9.根据权利要求5所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热熔融时间为1～2h；所述真空环境的温度为90℃；超声时间为1～2h；
10.一种权利要求1-4任一所述的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料或者一种权利要求5-9任一所述方法制备的聚酰亚胺气凝胶/相变材料温控复合材料在精密电子元器件的低温热管理材料制备中的应用。
