本發(fā)明涉及熱管理，具體涉及一種磁性功能薄膜及熱界面材料。
背景技術(shù)：
1、隨著電子器件向高集成度、高功率密度和輕薄化方向發(fā)展，散熱問題已成為制約其性能和可靠性的關(guān)鍵瓶頸。尤其是柔性電子、可穿戴設(shè)備、5g通信等新興領(lǐng)域，對兼具高導(dǎo)熱性、柔韌性和輕量化特性的熱界面材料提出了迫切需求。
2、傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料如導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱墊片等多采用陶瓷顆粒（如氧化鋁、氮化硼）填充聚合物基體，但其導(dǎo)熱系數(shù)普遍較低（通常<10?w·m-1·k-1），難以滿足高功率器件的散熱需求。
3、碳纖維因其優(yōu)異的軸向熱導(dǎo)率（可達(dá)900?w·m-1·k-1）、低密度和高機(jī)械強(qiáng)度，成為制備高性能導(dǎo)熱復(fù)合材料的理想填料。丙烯酸樹脂成膜性好、透明柔韌、附著力強(qiáng)，二者復(fù)合可兼顧力學(xué)與加工性。但純碳纖維無磁性，功能單一，且碳纖維在聚合物基體中通常呈現(xiàn)隨機(jī)分布，無法充分發(fā)揮其軸向高導(dǎo)熱的優(yōu)勢。為提升碳纖維的定向排列程度，研究者嘗試采用電場、磁場等外場誘導(dǎo)技術(shù)。其中，磁場誘導(dǎo)因無需接觸、對材料無損傷而備受關(guān)注。但碳纖維本身為抗磁性材料，在磁場中的響應(yīng)較弱，通常需要極高磁場強(qiáng)度（>10?t）才能實(shí)現(xiàn)有效取向，限制了其實(shí)際應(yīng)用。此外，現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維的分散性差、與基體界面結(jié)合弱等問題也制約了復(fù)合材料的綜合性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種fe3o4@cf/丙烯酸酯磁性功能薄膜及其制備方法。
2、本發(fā)明提供一種含碳纖維復(fù)合薄膜，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括四氧化三鐵包覆碳纖維10%～60%、丙烯酸酯聚合物基體40%～90%；所述四氧化三鐵包覆碳纖維在薄膜中沿厚度方向定向排列。
3、進(jìn)一步地，所述磁性功能薄膜以fe3o4包覆碳纖維為功能相、丙烯酸酯樹脂為基體相。
4、進(jìn)一步地，所述磁性功能薄膜包括丙烯酸酯聚合物基體和四氧化三鐵包覆的碳纖維。
5、進(jìn)一步地，所述碳纖維為中間相瀝青基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維中的至少一種，直徑為5μm～20?μm，長度為50μm～500?μm，長徑比為（5～100）：1。
6、進(jìn)一步地，所述磁性功能薄膜中，碳纖維在磁場中旋轉(zhuǎn)取向，實(shí)現(xiàn)碳纖維在聚合物基體內(nèi)沿厚度方向定向排列。
7、進(jìn)一步地，所述碳纖維經(jīng)fe3o4包覆改性，賦予其強(qiáng)磁性，實(shí)現(xiàn)低磁場下的定向驅(qū)動。
8、進(jìn)一步地，所述丙烯酸酯樹脂為聚氨酯丙烯酸酯（pua）與環(huán)氧丙烯酸酯（ea）的共混體系，為薄膜提供良好的柔韌性和成膜性。
9、進(jìn)一步地，所述溶劑為乙酸乙酯。
10、進(jìn)一步地，所述低磁場強(qiáng)度為100?mt～500?mt，超聲功率80?w～300?w、頻率20khz～40?khz，振動頻率10?hz～50?hz、振幅0.5?mm?-3?mm。
11、本發(fā)明還提供所述的磁性功能薄膜的制備方法，包括如下步驟：
12、1.?fe3o4@cf的制備：短切碳纖維經(jīng)酸洗、堿洗、去離子水洗至中性，引入羧基與羥基，并進(jìn)行干燥處理；采用化學(xué)共沉淀法在碳纖維表面包覆fe3o4?：將預(yù)處理后的碳纖維加入fecl2·4h2o與fecl3·6h2o混合溶液（摩爾比1:2），攪拌均勻，n2保護(hù)下55～65℃反應(yīng)30～60?min，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)ph至9～10，超聲（20?khz～40?khz）分散30?min～40?min，過濾、去離子水洗滌至中性，60℃真空干燥12?h，得到fe3o4@cf。
13、2.磁功能漿料制備：將10%～60%磁性碳纖維加入丙烯酸樹脂與溶劑的混合溶液中，在超聲輔助和振動輔助下分散均勻，得到混合漿料；
14、3.協(xié)同成膜：將漿料快速轉(zhuǎn)移于鋪有離型膜的特定模具中，置于多場協(xié)同成膜平臺；先開啟超聲（20～40?khz，80～300?w）與低頻振動（10?hz～50?hz、振幅0.5?mm～3?mm），破除團(tuán)聚并輔助流平；再施加面內(nèi)平行低磁場（100?mt～500?mt），三者協(xié)同作用10～30min，使fe3o4@cf沿磁場方向定向排布。
15、4.?梯度溫度固化：將模具取下，快速轉(zhuǎn)移至真空烘箱中進(jìn)行固化（在磁場狀態(tài)下進(jìn)行固化）。先在40～50℃真空烘箱中預(yù)固化2h，快速固定纖維取向；再將溫度調(diào)至80℃，固化8～12?h，完善樹脂交聯(lián)，提升薄膜力學(xué)性能與耐水性；最后剝離離型膜，得到目標(biāo)薄膜。
16、本發(fā)明將碳纖維作為垂直方向的“主干通道”承擔(dān)核心導(dǎo)熱功能，充分利用碳纖維軸向高熱導(dǎo)率特性。此外fe3o4包覆賦予碳纖維，以實(shí)現(xiàn)在低磁場強(qiáng)度下誘導(dǎo)取向?qū)崿F(xiàn)fe3o4@cf在丙烯酸酯基體中的面內(nèi)高度定向排列，提升薄膜的垂直導(dǎo)熱性能。
17、進(jìn)一步地，所述制備方法中步驟（1）中碳纖維表面氧化處理為：采用hno3與h2so4混合酸（體積比1:3），于60℃處理30?min，引入羧基與羥基官能團(tuán)，提升fe3o4包覆牢度。
18、進(jìn)一步地，所述制備方法中步驟（2）中，采用超聲輔助的功率為80～300?w/20～40khz，所述振動輔助的頻率為10～50?hz，振幅為0.5～3?mm。通過機(jī)械攪拌和超聲分散，使碳纖維均勻、穩(wěn)定存在于聚合物中，不需要分散劑。超聲的空化效應(yīng)可有效打破碳纖維團(tuán)聚，振動的剪切作用可促進(jìn)碳纖維在基體中的均勻分布。
19、進(jìn)一步地，所述制備方法中步驟（3）中多場協(xié)同的時序?yàn)椋合乳_啟超聲與振動5min，再施加低磁場并保持三者協(xié)同至流平完成。所述容器的底面垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。
20、進(jìn)一步地，所述制備方法中步驟（4）中固化采用梯度溫度固化，先在40～50℃中預(yù)固化2h，再在80℃下，固化8～12?h。
21、綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果：
22、（1）本發(fā)明通過對碳纖維進(jìn)行四氧化三鐵包覆改性，賦予碳纖維強(qiáng)磁性響應(yīng)，使其在低磁場強(qiáng)度下即可發(fā)生旋轉(zhuǎn)取向，解決了純碳纖維抗磁性強(qiáng)、需要極高磁場才能取向的問題，大幅降低了設(shè)備成本和能耗。
23、（2）本發(fā)明采用超聲輔助和振動輔助協(xié)同分散技術(shù)，超聲的空化效應(yīng)可有效打破碳纖維團(tuán)聚，振動的剪切作用可促進(jìn)碳纖維在基體中的均勻分布，并為后續(xù)磁場取向提供良好的初始狀態(tài)，避免因團(tuán)聚導(dǎo)致的取向不均。
24、（3）本發(fā)明的碳纖維在磁場中定向排列，由于碳纖維軸向熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于徑向，定向排列的碳纖維沿薄膜厚度方向形成連續(xù)的“垂直導(dǎo)熱通路”，最大限度減少了熱流傳遞中的方向偏轉(zhuǎn)和界面散射，顯著提升薄膜的垂直導(dǎo)熱性能。
25、（4）本發(fā)明制備的磁性功能薄膜具有超薄特性，厚度可控制在20～200?μm，同時丙烯酸酯基體賦予薄膜優(yōu)異的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度，可滿足柔性電子設(shè)備的散熱需求。
26、（5）本發(fā)明制備方法簡單方便，工藝可控性強(qiáng)，易于推廣和規(guī)?；a(chǎn)。
1.一種磁性功能薄膜，其特征在于，所述磁性功能薄膜包括丙烯酸酯聚合物基體以及分散于所述丙烯酸酯聚合物基體中的四氧化三鐵包覆碳纖維；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性功能薄膜，其特征在于，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，所述磁性功能薄膜包括10%～60%的四氧化三鐵包覆碳纖維和40%～90%的丙烯酸酯聚合物基體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性功能薄膜，其特征在于，所述碳纖維選自中間相瀝青基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維中的至少一種；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性功能薄膜，其特征在于，所述四氧化三鐵包覆碳纖維的包覆方式選自化學(xué)共沉淀法、溶劑熱法和原位聚合法中的至少一種。
5.一種權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述磁性功能薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述碳纖維表面氧化處理的過程為：采用hno3與h2so4混合酸處理；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述碳纖維表面氧化處理中hno3與h2so4的體積比1:2～5；
8.一種熱界面材料，其特征在于，包括權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述磁性功能薄膜及其權(quán)利要求6或7中任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的磁性功能薄膜。
9.一種電子器件，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的熱界面材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子器件，其特征在于，所述電子器件包括柔性磁傳感、電磁屏蔽、柔性散熱、磁驅(qū)動微執(zhí)行器中的至少一種。