基于3D打印且具有自控功能的智能导热层及制造方法

技术领域

本发明涉及导热技术领域，特别是涉及一种基于3D打印技术且具有自控功能的智能导热层及制造方法。

背景技术

目前，能源问题越来越多的受到了人们的关注，节能减排已经势在必行；每年因取暖或制冷而消耗的能源是非常巨大的，由于不能够有效的调整建筑物与外界的热交换性能，浪费了大量因房屋取暖或制冷而消耗的能源，无法达到节能减排的目的。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于3D打印且具有自控功能的智能导热层及制造方法，能够解决目前的建筑物与外界的热交换过程中，浪费大量能源的问题，达到智能调整建筑物与外界的热交换方式的效果。

具体地，本发明提供了一种基于3D打印且具有自控功能的智能导热层，包括磁极和磁流变材料；

磁极包括第一磁极层和第二磁极层；所述第一磁极层和所述第二磁极层间隔设置，所述第一磁极层和所述第二磁极层用于在接收到的外界能量的作用下向所述第一磁极层和所述第二磁极层之间的间隔中提供磁场，且随着接收到的所述外界能量的改变改变所述磁场的大小和/或方向；

所述磁流变材料设置于所述第一磁极层和所述第二磁极层之间，包括具有热传导功能的磁性颗粒和具有绝热功能的空心玻璃球；

所述磁场的大小和/或方向在改变时使所述磁性颗粒和所述空心玻璃球的排布方式发生变换，以至少获取第一排布方式和第二排布方式 ，所述第一排布方式为所述磁性颗粒沿垂直于所述磁极的方向呈链状排列，所述空心玻璃球填充于多个所述磁性颗粒链状排列之间的空隙，所述第二排布方式为所述磁性颗粒沿平行于所述磁极的方向并紧贴所述磁极排列成两层，所述空心玻璃球填充于两层所述磁性颗粒之间的空隙。

可选地，所述磁极由3D打印技术制作。

可选地，所述磁极由柔性材料制成。

可选地，还包括能量收集装置、能量存储装置、控制模块和导线；

所述导线依次连接所述能量收集装置、所述能量存储装置、所述控制模块和所述磁极；

所述能量收集装置用于收集外界能量；

所述能量存储装置用于存储所述能量收集装置收集的外界能量；

所述控制模块用于控制外界能量向所述磁极传递，以使所述第一磁极层和所述第二磁极层在接收到的外界能量的作用下向所述第一磁极层和所述第二磁极层之间的间隔中提供磁场，且随着接收到的所述外界能量的改变改变所述磁场的大小和/或方向。

可选地，所述第一磁极层用于设置于需要散热和保温的物体表面，所述物体为衣物或玻璃。

本发明还提供了一种制造上述任一项所述的智能导热层的方法：

预先制备磁性颗粒和空心玻璃球；

利用3D打印技术在物体表面制作第一磁极层；

利用3D打印技术在所述第一磁极层表面打印预先制备的磁性颗粒和空心玻璃球；

利用3D打印技术，在磁性颗粒和空心玻璃球的表面再打印第二磁极层。

可选地，还包括：

通过导线依次将所述能量收集装置、所述能量存储装置、所述控制模块和所述磁极连接在一起。

本发明的基于3D打印且具有自控功能的智能导热层中，当需要磁极具有热传导功能时，磁极产生垂直于磁极的磁场，磁流变材料中的磁性颗粒和空心玻璃球以第一排布方式排列，达到增强磁极热传导性能的目的，加快其散热。当需要磁极具有绝热功能时，磁流变材料中的磁性颗粒和空心玻璃球以第二排布方式排列，具有绝热功能的空心玻璃球排布在磁性颗粒层中间，形成绝热层，降低磁极的热传导性能，阻碍其散热。

进一步地，磁极由柔性材料制成，这种设置使磁极具有广泛的适应性，可以扩大智能导热层的应用范围。

进一步地，能量收集装置为整个系统提供能量，该能量收集装置可收集太阳能、摩擦和振动等产生的能量，通过导线依次将能量收集装置、能量存储装置、控制模块和磁极连接在一起，从而使智能导热层具有热传导功能和自控功能。

本发明的一种制造智能导热层的方法中，利用3D打印技术可以确保磁极的连续性与均匀性，可保证磁流变材料在磁极表面的均匀性，可保证磁流变材料被封装的完整性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于3D打印且具有自控功能的智能导热层的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的具有热传导功能时磁流变材料排布的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的具有绝热功能时磁流变材料排布的示意图。

具体实施方式

下面参照图1至图3来描述本发明实施例的基于3D打印且具有自控功能的智能导热层。

图1是根据本发明一个实施例的整体的示意性结构图，如图1所示，并参考图2和图3，本发明实施例提供了一种基于3D打印且具有自控功能的智能导热层，包括磁极5和磁流变材料6。

磁极5包括第一磁极层和第二磁极层，第一磁极层和第二磁极层间隔设置，第一磁极层和第二磁极层用于在接收到的外界能量的作用下向第一磁极层和第二磁极层之间的间隔中提供磁场，且随着接收到的外界能量的改变而改变磁场的大小和/或方向。

磁流变材料6设置于第一磁极层和第二磁极层之间，包括具有热传导功能的磁性颗粒7和具有绝热功能的空心玻璃球8。

磁场的大小和/或方向在改变时使磁性颗粒7和空心玻璃球8的排布方式发生变换，以至少获取第一排布方式和第二排布方式 ，第一排布方式为磁性颗粒7沿垂直于磁极5的方向呈链状排列，空心玻璃球8填充于多个磁性颗粒7链状排列之间的空隙，第二排布方式为磁性颗粒7沿平行于磁极5的方向并紧贴磁极5排列成两层，空心玻璃球8填充于两层磁性颗粒7之间的空隙。

磁流变材料6预先封装在磁极5里面。磁流变材料6包括两种颗粒，一种为磁性颗粒7，此类颗粒的热传导性能较好，在磁场的作用下形成热传导通道，能够显著增强材料的热传导性能。另一种为空心玻璃球8，此类颗粒具有较好的绝热性能，当磁性颗粒7在磁场作用下形成链状或者层状结构之后，空心玻璃球8能够分在在其空隙中，形成相应的链状或者层状结构，其中空心玻璃球8形成层状结构之后，能够有效的阻碍热传导的进行。

当需要磁极5具有热传导功能时，如图2所示，磁极5产生垂直于磁极5的磁场，磁流变材料6中的磁性颗粒7和空心玻璃球8以第一排布方式排列，达到增强磁极5热传导性能的目的，加快其散热。当需要磁极5具有绝热功能时，如图3所示，磁流变材料6中的磁性颗粒7和空心玻璃球8以第二排布方式排列，具有绝热功能的空心玻璃球8排布在中间，形成绝热层，降低磁极5的热传导性能，阻碍其散热。

在本发明一些实施例中，磁极5由3D打印技术制作。3D技术的优点是可根据需要散热和保温的物体表面形貌的不同进行调整，可以确保磁极5的连续性与均匀性。

在本发明一些实施例中，磁极5由柔性材料制成。这种设置使磁极5具有广泛的适应性，可以扩大智能导热层的应用范围。

在本发明一些实施例中，智能导热层还包括能量收集装置1、能量存储装置2、控制模块3和导线4。

导线4依次连接能量收集装置1、能量存储装置2、控制模块3和磁极5。

能量收集装置1用于收集外界能量。

能量存储装置2用于存储能量收集装置1收集的外界能量。

控制模块3用于控制外界能量向磁极5传递，以使第一磁极层和第二磁极层在接收到的外界能量的作用下向第一磁极层和第二磁极层之间的间隔中提供磁场，且随着接收到的外界能量的改变改变磁场的大小和/或方向。

能量收集装置1为整个系统提供能量，该能量收集装置1可收集太阳能、摩擦和振动等产生的能量，通过导线4将能量存储在能量存储装置2中，供控制模块3和磁极5使用控制模块3可以控制外界能量向磁极5传递，磁极5可以通过产生的磁场大小和方向的改变控制磁流变材料6中颗粒的排布方式的改变，从而实现控制智能导热层具有热传导功能或绝热功能的目的，导线4用于输送电流或控制信号。

在本发明一些实施例中，第一磁极层用于设置于需要散热和保温的物体表面。磁极5可根据需要制作成不同的形状和大小。进一步地，物体为衣物或玻璃，以使智能导热层至少具有如下两种应用场景。

在实际生活中，会出现所处环境温度不停变化的情况，对衣服的保暖性能也会随之改变例如当人们从事冰雪运动的时候，刚刚开始运动时，衣物需要保暖，维持人体体温，当运动一段时间之后，人体发热严重，需要加强散热，保证舒适度，当运动完成时，需要及时保暖，以防感冒，因此这就需要所穿戴的衣物能够更具需求进行特定的改变。将利用本发明中的磁极5和磁流变材料6制成的皮肤贴片贴于身体发热严重的部位，例如运动者的胸口、后背等，通过本发明中的控制模块3控制皮肤贴片的热传导性能当需要保暖时，控制模块3使贴片处于图3所示的情况，降低热量的损失当运动一段时间后，需要加强散热时，控制模块3使贴片处于图2所示的情况，加强散热，也可以依据运动的剧烈的程度，使贴片处于图2和图3的中间状态，确保运动者的舒适度当运动完成之后，需要及时保暖，控制模块3又使贴片处于图3所示的情况，降低热量的损失。设定人体舒适温度之后，上述调整过程由控制模块3自动完成。

降低建筑物的能源消耗对于目前节能减排、碳中和、碳达峰的背景非常有利，而建筑物的能量消耗有很大一部分都来自于建筑物内部温度的控制，例如夏季的空调耗电、冬季的取暖耗电。将本发明中的智能薄膜贴在玻璃表面，构成具有恒温功能的智能玻璃，冬季当室内温度较低，需要保暖时，本发明中的控制模块3控制智能薄膜处于图3的情况，降低室内的热量损失夏季外界温度较高，需要降低外界热量往室内传输时，本发明中的控制模块3控制智能薄膜处于图3的情况，降低室外能量往室内的传输。当冬季天气较好，室内温度较高，需要加强散热时，本发明中的控制模块3控制智能薄膜处于图2的情况，增强室内热量的传输，降低温度。设定房间的舒适温度之后，上述调整过程由控制模块3自动完成。

本发明实施例还提供了一种制造智能导热层的方法，包括：

预先制备磁性颗粒7和空心玻璃球8。

利用3D打印技术在物体表面制作第一磁极层，3D技术的优点是可根据表面形貌的不同进行调整，可以确保磁极5的连续性与均匀性。

利用3D打印技术在第一磁极层表面打印预先制备磁性颗粒7和空心玻璃球8，3D打印技术可保证磁性颗粒7和空心玻璃球8在第一磁极层表面的均匀性。

利用3D打印技术，在磁性颗粒和空心玻璃球的表面再打印第二磁极层，将磁性颗粒和空心玻璃球封装在磁极5之间，3D打印技术可保证封装的完整性。

在本发明一些实施例中，制造智能导热层的方法还包括通过导线4依次将能量收集装置1、能量存储装置2、控制模块3和磁极5连接在一起，从而使智能导热层具有热传导功能和自控功能。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。