[發明專利]一種基于溶劑置換法的高導熱復合相變材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110630586.X
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113372883B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 李宜彬
• 申請（專利權）人: 山東國烯新材料創新中心有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 趙立軍;石輝

本發明為一種基于溶劑置換法的高導熱復合相變材料。所述復合相變材料由氧化石墨烯/導熱填料分散液在還原凝膠化?水洗?冷凍后，經水?有機溶劑?相變材料兩次溶劑置換制備。該高導熱復合相變材料相比現有高導熱復合相變材料具有加工方式高效環保的優勢，在保證相變材料焓值的前提下能顯著提升相變材料熱導率。該復合相變材料的出現可極大地降低高導熱復合相變材料工業化生產門檻，推動高導熱相變材料在在溫度管理、能源調度等領域的應用。

技術領域

本發明屬于儲能復合材料領域，具體涉及一種基于溶劑置換法的高導熱復合相變材料及其制備方法。

背景技術

基于相變材料的儲能技術與溫度管理技術正得到越來越廣泛的關注與應用。相變材料在相變過程中可實現大容量的潛熱存儲與釋放，即存儲或者釋放大量熱能，而溫度基本保持不變。目前使用與研究較多的有機相變材料具有儲熱能力強，循環穩定性好等優勢，但是固有的低熱導率(一般低于1W/m.K)極大的限制相變材料與環境之間的熱交換速率，從而影響了其作為儲能材料與溫度管理材料的工作效率。

為解決有機相變材料的低熱導率問題，提高其熱響應性能，可以向有機相變材料內共混入導熱材料如石墨烯，膨脹石墨，氮化硼等構筑復合相變材料。但這類復合相變材料中，導熱材料分散度高，彼此之間相互孤立，不利于聲子傳輸，因此熱導率提升有限。將導熱材料構筑成三維導熱網絡結構，然后引入到相變材料內部，在同樣質量分數的導熱材料添加量下具有比直接共混更加突出熱熱導率提升效果。目前報道的基于三維導熱結構的復合相變材料，一般采用預先構筑三維導熱網絡，然后浸漬相變材料的方式制得。制備三維導熱結構方式中，化學氣相沉積，冷凍干燥等方式，耗能耗時巨大，大規模制備成本難以控制，如何經濟環保的制備高導熱復合相變材料仍是亟需攻克的一大難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于溶劑置換法的高導熱復合相變材料，以克服現有技術中制備高導熱復合相變材料耗時耗能大的問題。

本發明提供一種基于溶劑置換法的高導熱復合相變材料，在使用導熱填料漿料加工三維多孔導熱網絡的過程中，省去干燥過程，使用有機溶劑置換三維多孔導熱網絡中的水，隨后再浸入融化的相變材料中，揮發掉有機溶劑得到。

所述導熱填料包括單層石墨烯、多層石墨烯、石墨烯納米片、氧化石墨烯、膨脹石墨、片狀石墨、碳納米管、氮化硼、氧化鋁中的一種或幾種。

所述有機溶劑包括丙酮、乙醇、甲醇中的一種或幾種。

所述相變材料包括石蠟、聚乙二醇、相變多元醇、相變多元酸中的一種或者幾種。

本發明還提供一種基于溶劑置換法的高導熱復合相變材料的制備方法，包括：

(1)將導熱填料與還原劑抗壞血酸鈉加入到氧化石墨烯分散液中混合攪拌1h，配制成穩定分散的導熱填料漿料，其中，導熱填料與氧化石墨烯的質量比為1:0.1～1:5，還原劑抗壞血酸鈉與氧化石墨烯的質量比為1:0.2～1:3。將制備的導熱填料漿料倒入模具中，放入烘箱中保溫一段時間進行還原凝膠化。

(2)將步驟(1)得到的凝膠狀樣品，用去離子水充分水洗，去除殘留的抗壞血酸鈉，隨后進行冷凍。之后將冷凍后的樣品置入盛有有機溶劑的容器中，期間更換幾次有機溶劑，使樣品中的水分被充分置換。

(3)將步驟(2)中得到的樣品完全浸入到融化后的相變材料內，并加熱到有機溶劑沸點以上，待有機溶劑完全揮發后，取出浸漬有相變材料的三維多孔導熱結構，冷卻到室溫得到高導熱復合相變材料。

所述步驟(1)中導熱填料包括石墨烯、氧化石墨烯、膨脹石墨、片狀石墨、碳納米管、氮化硼、氧化鋁中的一種或幾種。

所述步驟(1)中氧化石墨烯分散液濃度為0.5～5wt％。

所述步驟(1)中還原凝膠化溫度為50～150℃，還原凝膠化時間為0.5～24h。