[發明專利]一種固-固超分子相變材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110080484.5
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112898584B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 王錦;方強;李清文
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C09K5/14
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種固?固超分子相變材料及其制備方法與應用。所述制備方法包括：使含聚乙二醇的水溶液與大環分子混合，形成混合溶液，之后靜置處理，使聚乙二醇與大環分子經超分子自組裝形成水凝膠，再進行溶劑置換和干燥處理，獲得固?固超分子相變材料。本發明提供的固?固超分子相變材料的制備方法通過引入超分子概念，突破了固?固相變材料依賴于膠囊包裹(化學與物理法的結合)和化學交聯的局限；此外，該制備方法帶來的突出亮點為將相變材料的密度降至0.250g/cm³以下，具有優良的降解性和豐富的孔結構，無液化和泄露，也無任何化學交聯網絡，是一種綠色、輕質、可降解的新型相變調溫材料，導致了一類新型相變材料的誕生。

技術領域

本發明涉及一種相變材料及其制備方法，特別是一種基于物理交聯網的超輕多孔固-固相變材料及其制備方法與應用，屬于相變材料技術領域。

背景技術

相變材料是指在溫度不變的條件下物質發生相轉變，并能提供潛熱的物質。相轉變一般為結晶物質從固態吸熱轉變為液態，獲得液態釋放熱量轉變為結晶固態，這一可逆過程涉及到能量的儲存與釋放，同時維持溫度不變，因此在調溫領域具有廣泛的應用，屬于一類節能環保的重要材料。相變材料可分為有機和無機相變材料，亦可分為水合鹽相變材料和蠟質相變材料。

當相變材料直接使用時，由于發生相轉變，容易造成泄露和損失，不僅影響使用環境，更造成相變儲能性能的急劇降低或消失。因此固-固相變材料的研究成為學術與產業界的重點研究對象之一。固-固相變材料主要指宏觀上看，在相變溫度之下或之上都表現為固態。實際上在相變溫度之上，有效的相變組份在分子級別依然呈現為液態。為了實現此目標，研究得最高、應用最廣泛的為相變膠囊，即將相變材料包封在膠囊當中，因此在相變點之上，膠囊外殼防止相變材料泄露，宏觀上依然表現為固態。但這種方法制備的材料潛熱較低，使用溫度范圍受膠囊限制。另一種方法為化學交聯法，如常用的聚乙二醇相變材料，通過化學交聯，制備種類眾多的固-固相變材料，但這種方法設計復雜的化學過程，原料昂貴，大批量制備受限，且分子結構也受影響。此外，傳統的相變材料為密實結構，密度高，在航空航天領域應用易受質量因素的限制。

因此，如何獲得一種無化學反應過程、密度低的綠色、可降解的固-固相變材料，是本領域直接期待和誘人的突破。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種固-固超分子相變材料及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

本發明的另一目的還在于提供所述固-固超分子相變材料的應用。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種固-固超分子相變材料的制備方法，其包括：

使含聚乙二醇的水溶液與大環分子混合，形成混合溶液，其中，所述大環分子包括冠醚、α-環糊精、γ-環糊精中的任意一種或兩種以上的組合；

對所述混合溶液進行靜置處理，使聚乙二醇與大環分子進行超分子自組裝，在自組裝過程中形成的疏水聚乙二醇鏈插入疏水大環分子空腔，大環分子通過氫鍵相互作用堆垛和物理交聯形成水凝膠，之后進行溶劑置換，再干燥處理，獲得固-固超分子相變材料。

在一些實施例中，所述大環分子與聚乙二醇的摩爾比為1∶100～1∶1000。

本發明實施例還提供了由前述方法制備的固-固超分子相變材料，所述固-固超分子相變材料具有聚乙二醇與大環分子自組裝形成的二維片層搭接的多孔結構，所述多孔結構所獲孔洞的孔徑為50nm～5μm，孔隙率為90％～98％，密度在0.250g/cm³以下，相變溫度為20～65℃，潛熱為10～150J/g。

本發明實施例還提供了前述固-固超分子相變材料于航空航天領域中的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果包括：