[發明專利]一種防泄漏蜂窩狀等級孔陶瓷基光熱儲存材料及制備方法

在審

• 申請號: 202210047769.3
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114478047A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 劉向雷;王浩蕾;宣益民
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B35/581;C04B35/80;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常孟

本發明公開了一種防泄漏蜂窩狀等級孔陶瓷基光熱儲存材料及制備方法，按照質量百分比計包括以下組分：40%?75%的導熱強化材料、0.5%?1%的光熱材料和25%?60%的相變材料；導熱強化材料是由氮化鋁粉末和氮化鋁晶須通過冷凍溶劑混合、凝固并升華制得的具有上下連通蜂窩狀結構的材料。本發明通過冷凍液叔丁醇與氮化鋁陶瓷粉末和晶須球磨混合制成陶瓷漿料，叔丁醇在自下而上的溫度梯度方向上凝固形成垂直晶體，隨后晶體在低壓下升華留下孔隙。本發明采用氮化鋁陶瓷材料作為導熱增強體，顯著提高了相變基體的熱導率，百分之八十孔隙率之下熱導率達21W/m?K；設計的蜂窩狀等級孔解決了相變材料相變泄露問題，同時與氮化鈦納米顆粒集成，實現了95%的全光譜吸收率。

技術領域

本發明屬于儲能材料，尤其涉及一種防泄漏蜂窩狀等級孔陶瓷基光熱儲存材料及制備方法。

背景技術

發展可再生能源成為了當今重點關注的問題。太陽能因為清潔安全，儲量豐富而成為可再生能源中考慮的重點對象。由于自然原因，晝夜交替、陰晴不定導致太陽能具有間歇不連續性，導致能量獲取和利用在時間和空間不匹配。儲熱技術可有效解決這一問題，其中相變儲熱利用物質的相變特性進行熱量的存儲和釋放，儲熱密度高，裝置結構緊湊且現變過程接近等溫，易于控制。但是，相變儲熱中的核心相變材料吸光能力弱，熱導率低，固液相變時出現泄漏問題嚴重阻礙了相變儲熱在太陽能利用中的發展。在相變材料加入金銀等金屬顆粒可有效提高光譜吸收率，但是價格昂貴不利于大規模應用。目前提高相變材料熱導率的手段主要是添加高導熱填料或者將相變材料注入多孔基體中，高導熱填料和多孔基體常采用碳基和金屬材料，它們在高溫下容易被氧化且易受熔鹽腐蝕，因此需要選用耐腐蝕的陶瓷作為導熱增強材料。對于相變材料固液相變過程中的泄露問題，可采用封裝的方式，但是這樣會增加傳熱介質與相變材料之間的熱阻，降低傳熱效率的同時增加成本。對此，發展一種低成本具有高效吸光性、快速導熱且防泄露的陶瓷基光熱儲存材料十分重要。

發明內容

發明目的：本發明的第一目的是提供一種防泄漏的具有蜂窩狀等級孔的陶瓷基光熱儲存材料；本發明的第二目的在于提供上述陶瓷基光熱儲存材料的制備方法。

技術方案：本發明的一種防泄漏蜂窩狀等級孔陶瓷基光熱儲存材料，按照質量百分比計包括以下組分：40%-75%的導熱強化材料、0.5%-1%的光熱材料和25%-60%的相變材料；其中，所述導熱強化材料是由氮化鋁粉末和氮化鋁晶須通過冷凍溶劑混合、凝固并升華制得的具有上下連通蜂窩狀結構的材料。

進一步的，所述相變材料包括石蠟、糖醇或硝酸鹽中的任一種。

進一步的，所述光熱材料為氮化鈦納米顆粒。平均粒徑為50nm，光熱材料為任何一種具有高光譜吸收特性的物質，氮化鈦納米顆粒具有等離激元體特性。

進一步的，所述由氮化鋁粉末和氮化鋁晶須的質量比為6~7：3~4。氮化鋁粉末的粒徑為2μm，具有良好的導熱性能且耐高溫耐腐蝕；單晶體氮化鋁晶須的長度為5-15μm，直徑為0.1-1μm，加入的氮化鋁晶須增強了陶瓷骨架的韌性和導熱性能。

上述的防泄漏蜂窩狀等級孔陶瓷基光熱儲存材料的制備方法，（1）取氮化鋁粉末、氮化鋁晶須、燒結劑、聚乙烯醇縮丁醛酯和冷凍溶劑球磨混合得到漿料；

（2）取漿料置于模具中進行冷凍干燥得到生坯；

（3）將生胚置于熱壓爐中加熱燒結得到蜂窩狀等級孔氮化鋁骨架；

（4）將氮化鋁骨架上滴氮化鈦與乙醇混合液，再置于馬弗爐中燒制，得到蜂窩狀氮化鋁-氮化鈦骨架，然后將氮化鋁-氮化鈦骨架與相變材料置于烘箱中浸漬，得到防泄漏蜂窩狀等級孔陶瓷基光熱儲存材料。

進一步的，所述步驟（1）中，燒結劑、聚乙烯醇縮丁醛酯和冷凍溶劑的質量比為3：1：15~18。

進一步的，所述燒結劑為氧化釔、氧化鋁、氧化鑭、氟化釔、氟化鈣中的任意一種；所述冷凍溶劑為叔丁醇。