[发明专利]一种电控掺杂提高液态金属热导率的方法

说明书

本发明提供一种电控掺杂提高液态金属热导率的方法，包括步骤：1)在电解槽内依次放入液态金属、金属颗粒和电解液，形成从下向上的液态金属层、金属颗粒层和电解液层；插入电极，所述电极包括阴极和阳极，阴极插入电解液层中，阳极插入液态金属层中，2)通入电流，使阴极和阳极之间槽电压为1V～220V，电解1～60min。本方法获得的含液态金属的流体的热导率高，室温呈液态的Ga基液态金属及其合金热导率范围一般在20～30W/(m·K)，经掺杂后的液态金属可提升至50W/(m·K)。粘度可调。掺杂后的液态金属粘度会增大，可制备得到导热膏状的液态金属流体。

技术领域

本发明属于导热材料领域，具体涉及含有液态金属的导热材料的制备方法。

背景技术

液态金属是一大类多金属合金材料，在常温下呈液态，不仅具有沸点高、导电性强、热导率高的特点，而且制造工艺不需要高温冶炼，环保无毒。液态金属在热控与能源利用方面已展示出巨大潜力。液态金属热控与能源是利用液态金属的特性，改变传统的散热或冷却方式，解决极端散热设备或元器件“热障”瓶颈问题，最大限度地提高能源利用和回收效率。

液态金属主要包括金属镓或镓基合金，其熔点较低，如镓铟、镓铟锡等室温下呈液态金属的合金。液态金属掺杂的方法目前有搅拌、超声分散等掺杂方法，能够提升液态金属的热导率，亦能降低液态金属的成本。原理是将金属颗粒作为溶质，液态金属作为溶剂，具有流动性。

中国科学院理化所马坤全、谢开旺提出和延伸了液态金属掺杂提升热导率的方法，相关技术的专利号分别为：CN1955252A，CN101418210A，通过搅拌、超声分散、再搅拌的方法得到了具有高传热性能的纳米金属流体。此方法热导率掺杂铜粉有限，且制备效率低下，金属颗粒与铜粉混合均匀度不够，因而热导率提升不高。

本发明在此基础上提供了一种分散金属颗粒更加均匀，金属颗粒与液态金属混合度更高，制备方法效率更高的液态金属掺杂方法。本发明也通过控制掺杂速率，掺杂金属颗粒的含量来制备高热导率的液态金属流体、液态金属热界面材料，其在热控与能源领域应用前景广阔。

发明内容

本发明的目的是提供一种电控掺杂提高液态金属热导率的方法，以解决当前液态金属成本高，热导率不够高的应用问题，进一步拓展液态金属的应用范围，对于军工、民用具有更广的应用前景。

本发明的另一目的是提出所述方法获得的液态金属复合物。

实现本发明上述目的技术方案为：

一种电控掺杂提高液态金属热导率的方法，其特征在于，包括步骤：

1)在电解槽内依次放入液态金属、金属颗粒和电解液，形成从下向上的液态金属层、金属颗粒层和电解液层；插入电极，所述电极包括阴极和阳极，阴极插入电解液层中，阳极插入液态金属层中，

2)通入电流，使阴极和阳极之间槽电压为1V～220V，电解1～60min，并进行搅拌。

本发明的原理是通电后，改变液态金属的表面张力，并在液态金属附近进行搅拌，从而对金属颗粒进行包吞的原理进行掺杂。

所采用电解装置形状可以为方形、圆形及其他不规则形，但不泄漏电解液。所述电极阳极较长、所述电极阴极较短，电极阳极需进入液态金属中，所述电极阴极需不接触液态金属，但需接触电解液。所述电解装置中所述电极阳极通过所述导线连接电源正极、所述电极阴极通过所述导线连接电源负极。

所述电解装置中的电极阳极与电极阴极的材质可以为石墨、铜、铝、铁、铅、锡、铋、铟、金、银、镁、钙、钡、镍、锌、铬、镉或锑中的任意一种或者是上述至少两种金属的合金材料。所述电解装置中的电极形状为棒状、片状、块状或其他不规则形。

所述电解装置的电解槽电压为1V～220V，电解电流为0.01A～50A。