[發明專利]一種碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211506305.0
• 申請日: 2022-11-28
• 公開（公告）號: CN115772385A
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 王紅潔;葉婧盈;彭康;盧德;莊磊;蘇磊;牛敏
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料，屬于有機?無機復合功能材料技術領域。該碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料由質量百分比為84.4％～99.1％的相變物質和0.9％～15.6％的碳化硅制成。采用真空浸漬法將相變物質均勻填充在三維聯通網絡結構的碳化硅納米線氣凝膠的空隙中，所得碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料的相變潛熱為相變物質理論潛熱的84％～99％，熱導率為相變物質熱導率的1.5～3倍，且循環100次以上無泄漏現象，相變潛熱衰減低于1％；在相變物質吸熱熔化的條件下，仍能保持完整的形狀，抗壓強度不低于0.1MPa，且在空氣氣氛下300℃加熱1h，可完全去除相變物質，獲得完整的碳化硅氣凝膠，回收用于碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料再制備。

技術領域

本發明屬于有機-無機復合功能材料技術領域，具體涉及一種碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料及其制備方法和應用。

背景技術

相變儲熱材料通過相變過程在一個窄的溫度區間內吸收和釋放潛熱，一般有固-液、液-氣和固-固相變三種形式，目前固-液相變儲能材料的研究和應用最為廣泛。其工作原理為：當環境溫度高于相變溫度時，材料由固態轉變為液態并吸收熱量；而當環境溫度低于相變點時，材料由液態轉變為固態釋放熱量，從而維持環境溫度在適宜水平。相變儲能材料響應溫度變化所吸收和釋放的是熱能，在能源高效利用和節能保溫領域有著重要的應用價值。如在航天熱防護系統、電力調峰、現代農業溫室、電子元器件散熱、太陽能儲熱供暖、調溫紡織品、工業余熱回收和紅外熱隱身等方面擁有廣闊的市場前景。

現有的相變儲熱材料存在導熱率低和熔化后易泄露的問題，這在一定程度上限制了其單獨使用，通常需要混入石墨和金屬顆粒等導熱率高的材料來提高有機相變儲熱材料導熱率。防止泄露的常用方法是將有機相變物質封裝在基體材料中制備定形復合相變儲熱材料，常用的基體材料包括：多孔陶瓷、混凝土、聚合物、天然粘土等。在這些基體材料中，多孔陶瓷由于孔隙率高、孔徑可調、結構穩定、機械性能好、易于加工等優勢，被認為是一種理想的基體材料。由于多孔陶瓷與有機相變物質表面差異性較大，界面連接主要為物理結合，界面熱阻較大，降低了復合材料的傳熱效率，從而影響材料的熱性能。常用的直接混入石墨和金屬顆粒等方法因無法很好的解決復合材料界面傳熱問題，對復合材料的性能提升效果有限。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料及其制備方法，用于解決相變材料易泄露、儲熱容量低、熱導率低的技術問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開的一種碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料，以質量百分比計，由84.4％～99.1％的相變物質和0.9％～15.6％的碳化硅制得；

所用碳化硅為具有三維聯通網絡結構的碳化硅納米線氣凝膠，相變物質均勻填充在碳化硅納米線氣凝膠的空隙中。

優選地，所述碳化硅納米線氣凝膠中納米線的直徑為20～110nm，長度為20～500μm。

優選地，所述相變物質為硬脂酸、石蠟、癸酸和月桂酸中的一種或幾種。

優選地，該碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料在相變物質吸熱熔化的條件下，仍能保持完整的形狀，且抗壓強度不低于0.1MPa。

優選地，該碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料在空氣氣氛下300℃加熱1小時，能夠完全去除相變物質，獲得完整的碳化硅氣凝膠。

本發明還公開了上述的碳化硅氣凝膠基復合相變儲熱材料的制備方法，包括：將碳化硅納米線氣凝膠加工為所需尺寸后放入模具中，再將相變物質熔化后加入模具中，真空反應，得到碳化硅氣凝膠基復合相變儲能材料。

優選地，將模具放在70～120℃加熱臺上預熱，所述相變物質在70～120℃下加熱熔化。

優選地，抽真空至-0.8Ma個大氣壓，保持30分鐘。