[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有儲(chǔ)熱放熱性能的節(jié)能型三維石墨烯骨架復(fù)合相變材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510418881.3
• 申請(qǐng)日: 2015-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105112021B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張忠平;張淑東;王振洋;蔣穎暢
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C09K5/06
• 分類(lèi)號(hào): C09K5/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有儲(chǔ)熱放熱性能的節(jié)能型三維石墨烯骨架復(fù)合相變材料及其制備方法，其是由石墨烯以三維骨架相互連接的形式自組裝在有機(jī)相變材料中得到的，其中有機(jī)相變材料的質(zhì)量占5?95％，其余為石墨烯。本發(fā)明石墨烯復(fù)合相變材料能有效解決有機(jī)相變材料泄漏問(wèn)題，其中的三維骨架網(wǎng)絡(luò)狀分布的石墨烯很大程度上提高了相變材料的熱導(dǎo)率，為熱能收集、存儲(chǔ)和后來(lái)熱能使用提供快速傳輸通道，而且本發(fā)明制備方法操作簡(jiǎn)單，成本低，易于推廣，本發(fā)明方法制備的石墨烯復(fù)合相變材料因選取不同的相變材料，儲(chǔ)熱能力和相變溫度可變，可以滿足不同應(yīng)用需要，從而為該材料將來(lái)應(yīng)用提供廣闊的前景。

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米材料及其制備方法，具體地說(shuō)是一種具有儲(chǔ)熱放熱性能的節(jié)能型三維石墨烯骨架復(fù)合相變材料及其制備方法。

二、背景技術(shù)

目前能源與環(huán)境危機(jī)的日益加劇迫使人們?cè)趯ふ液屠每稍偕茉吹耐瑫r(shí)盡可能地合理高效利用現(xiàn)有能源。即合理利用現(xiàn)有的不可再生能源和開(kāi)發(fā)可再生的新能源占有同樣的地位。而節(jié)約利用現(xiàn)有的不可再生能源是合理利用現(xiàn)有能源的關(guān)鍵，也是當(dāng)前人們關(guān)注的核心，而且節(jié)能水平是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。

熱能是能源利用中最廣泛的使用形式，在各種能源的利用中，85-90％都是通過(guò)轉(zhuǎn)換成熱能來(lái)滿足人們的需求。而熱能的浪費(fèi)及其低效率的使用一直是世界各國(guó)亟待解決的難題。據(jù)美國(guó)2002年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，在各種能源的利用過(guò)程中其中58％的能源主要以熱的形式無(wú)意義地被耗散了。所以，合理并高效利用熱能是節(jié)能降耗的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

節(jié)能領(lǐng)域，將低品位的熱能像太陽(yáng)光熱、地?zé)岷凸I(yè)余熱等進(jìn)行收集存儲(chǔ)并進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換成其他較高品位的能量比如電能加以利用是當(dāng)前節(jié)能發(fā)展的主流方向之一。所謂節(jié)能，是指將工業(yè)余熱廢熱等等進(jìn)行高效率的收集存儲(chǔ)或進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，然后再利用，達(dá)到有效的節(jié)約能源、高效利用能量、降低能耗的目的。其核心材料稱(chēng)為節(jié)能材料。這種可通過(guò)改變相變材料種類(lèi)和含量等進(jìn)行調(diào)節(jié)的節(jié)能材料是當(dāng)今節(jié)能領(lǐng)域人們追求的目標(biāo)，以節(jié)能材料為基礎(chǔ)，發(fā)展的節(jié)能技術(shù)是該領(lǐng)域研究的前沿。

利用物質(zhì)在相變過(guò)程中吸能和釋能的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和利用是近年來(lái)在能源、材料、航空航天、紡織、電力、醫(yī)學(xué)儀器、建筑等眾多領(lǐng)域活躍的方向之一。相變儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能溫度容易控制和選擇范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前在一些領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化和商品化階段。相變儲(chǔ)能材料種類(lèi)很多。在建筑等領(lǐng)域嘗試采用相變儲(chǔ)能材料降低建筑能耗已經(jīng)有較長(zhǎng)的歷史。但本身易泄漏、封裝要求高、易老化等缺點(diǎn)，限制了其在電子器件散熱領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面，低熱導(dǎo)率是限制有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料大規(guī)模推廣應(yīng)用的另外一個(gè)技術(shù)瓶頸問(wèn)題。因此結(jié)合兩種相變的優(yōu)點(diǎn)，人們發(fā)展了定形相變材料，在一定程度上改善了相變儲(chǔ)熱材料的性能，但傳統(tǒng)的定形相變材料在實(shí)際應(yīng)用中依舊存在封裝等方面的問(wèn)題，無(wú)法從根本上改變上述兩種體系的缺點(diǎn)。

石墨烯，是一種新興二維碳納米材料，是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm²/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約1Ω·m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料， 由于以上這些優(yōu)良的機(jī)械性能、非同尋常的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及輕質(zhì)高強(qiáng)度的特性而受到極高的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)領(lǐng)域。

由于石墨烯的平面結(jié)構(gòu)和超高的比表面積，可通過(guò)納米界面限域?qū)崿F(xiàn)對(duì)有機(jī)相變材料的限域封裝，為制備定形相變材料提供了可能，同時(shí)制備一種具有智能節(jié)能石墨烯復(fù)合相變材料為熱能的高效利用提供很好的材料體系。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服有機(jī)相變材料的易泄漏、封裝要求高、易老化、低熱導(dǎo)等缺點(diǎn)，提供一種定形相變的節(jié)能石墨烯復(fù)合相變材料及其制備方法，通過(guò)改變相變材料的種類(lèi)從而獲得不同相變溫度和不同儲(chǔ)熱能力的具有儲(chǔ)熱放熱性能的節(jié)能型三維石墨烯骨架復(fù)合相變材料和制備方法。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：