[發明專利]一種磁-熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711309205.8
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107936931B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 唐炳濤;樊曉喬;王文濤;張淑芬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發明涉及一種磁?熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料及其制備方法，屬于復合材料領域。一種磁?熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料，其特征在于：所述復合材料由定形相變材料和均勻分散在其內的超順磁性納米顆粒組成，其中，按質量百分比，定形相變材料：96～99％，超順磁性納米顆粒：1～4％，其中，所述超順磁性納米顆粒為Fe₃O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄、MnFe₂O₄。本發明用結合原位摻雜的溶膠?凝膠法制備出定形相變復合材料，成功地將超順磁性納米材料引入到PCM體系中，可以同時實現磁?熱能量轉換和熱能存儲，所得材料具有優異的形狀穩定性能、儲能密度以及熱穩定性。

技術領域

本發明涉及一種磁-熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料及其制備方法，屬于復合材料領域。

背景技術

相變材料(PCM)，一種通過改變存在狀態(從液態到固態、固態到液態)來提供潛熱的物質，是節能環保的最佳綠色環保載體。PCM的使用可以實現儲存和釋放大量的能量，因此它們被廣泛應用在熱能管理和存儲領域(M.M.Farid,A.M.Khudhair,S.A.K.Razack andS.Al-Hallaj,Energy conversion and management,2004,45,1597-1615.)。

磁性納米顆粒由于磁熱效應的存在，在交變磁場中可以向周圍環境散熱。當磁性納米顆粒的尺寸減小到一定程度時，它們表現出的超順磁性，超順磁性材料因為其具有獨特的化學和物理性質，如磁化率相對較高，磁場去除后沒有剩磁等，它的磁熱效應是最高的，因此，將超順磁性材料與定形相變材料復合，可以將超順磁性材料散失在周圍環境中的熱量存儲起來。

發明內容

為了實現磁-熱能量轉換和熱能存儲，本發明提供一種磁-熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料，此種材料將超順磁性顆粒引入定形相變材料體系，可以將磁性材料在交變磁場中產生的熱量存儲起來以便于利用。此類材料合成工藝簡單，具有廣闊的應用前景。

一種磁-熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料，所述復合材料由定形相變材料和均勻分散在其內的超順磁性納米顆粒組成,其中，按質量百分比，

定形相變材料：96～99％，超順磁性納米顆粒：1～4％

其中，所述超順磁性納米顆粒為Fe₃O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄、MnFe₂O₄。

本發明所述磁-熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料中，超順磁性納米顆粒均勻地分布在定形相變復合材料(PCM)中，二者復合，得到可實現磁-熱能量轉換和熱能存儲定形相變復合材料。此定形相變復合材料具有高的相變焓值和熱容量。所得超順磁性納米顆粒復合定形相變材料與相變材料有相似的結晶性。PCM和Fe₃O₄/PCM在95℃時仍然是固態，而相變材料在65℃時已經部分熔化，表明具有優異的形狀穩定性。所得材料具有高的熱穩定性。

在交變磁場中，Fe₃O₄/PCM中的超順磁性物質由于磁熱效應而向周圍環境散熱，復合定形相變材料溫度迅速升高，420s后，溫度升至90.7℃，并在50～57℃處出現溫度增長緩慢的平臺，表明此溫度段中材料的相變組分發生相轉變，當撤離交變磁場后，復合定形相變材料的溫度迅速下降，且溫度下降至44℃時又出現一個溫度下降緩慢的平臺，此為材料中的相變組分結晶過程，表明此材料具有磁-熱能量轉換和熱能存儲特性，PCM溫度也略有升高，原因是線圈通電發熱。

優選地，所述超順磁性納米顆粒平均粒徑為90～160nm。