一种具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料及其制备方法，其是由石墨烯以三维骨架相互连接的形式自组装在有机相变材料中得到的，其中有机相变材料的质量占5-95％，其余为石墨烯。本发明专利技术石墨烯复合相变材料能有效解决有机相变材料泄漏问题，其中的三维骨架网络状分布的石墨烯很大程度上提高了相变材料的热导率，为热能收集、存储和后来热能使用提供快速传输通道，而且本发明专利技术制备方法操作简单，成本低，易于推广，本发明专利技术方法制备的石墨烯复合相变材料因选取不同的相变材料，储热能力和相变温度可变，可以满足不同应用需要，从而为该材料将来应用提供广阔的前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米材料及其制备方法，具体地说是。二、
技术介绍
目前能源与环境危机的日益加剧迫使人们在寻找和利用可再生能源的同时尽可能地合理高效利用现有能源。即合理利用现有的不可再生能源和开发可再生的新能源占有同样的地位。而节约利用现有的不可再生能源是合理利用现有能源的关键，也是当前人们关注的核心，而且节能水平是衡量一个国家科学技术和工业水平先进程度的重要标志之O热能是能源利用中最广泛的使用形式，在各种能源的利用中，85-90%都是通过转换成热能来满足人们的需求。而热能的浪费及其低效率的使用一直是世界各国亟待解决的难题。据美国2002年的统计数字显示，在各种能源的利用过程中其中58%的能源主要以热的形式无意义地被耗散了。所以，合理并高效利用热能是节能降耗的关键问题之一。节能领域，将低品位的热能像太阳光热、地热和工业余热等进行收集存储并进一步的转换成其他较高品位的能量比如电能加以利用是当前节能发展的主流方向之一。所谓节能，是指将工业余热废热等等进行高效率的收集存储或进一步转换，然后再利用，达到有效的节约能源、高效利用能量、降低能耗的目的。其核心材料称为节能材料。这种可通过改变相变材料种类和含量等进行调节的节能材料是当今节能领域人们追求的目标，以节能材料为基础，发展的节能技术是该领域研究的前沿。利用物质在相变过程中吸能和释能的特点，实现能量的储存和利用是近年来在能源、材料、航空航天、纺织、电力、医学仪器、建筑等众多领域活跃的方向之一。相变储能具有储能密度高、储能温度容易控制和选择范围广等优点，目前在一些领域已经进入实用化和商品化阶段。相变储能材料种类很多。在建筑等领域尝试采用相变储能材料降低建筑能耗已经有较长的历史。但本身易泄漏、封装要求高、易老化等缺点，限制了其在电子器件散热领域的应用。另一方面，低热导率是限制有机相变储热材料大规模推广应用的另外一个技术瓶颈问题。因此结合两种相变的优点，人们发展了定形相变材料，在一定程度上改善了相变储热材料的性能，但传统的定形相变材料在实际应用中依旧存在封装等方面的问题，无法从根本上改变上述两种体系的缺点。石墨烯，是一种新兴二维碳纳米材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300W/m.Κ，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迀移率超过15000cm2/V又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω.πι，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料，由于以上这些优良的机械性能、非同寻常的导电导热性能以及轻质高强度的特性而受到极高的关注，被广泛应用于材料科学领域。由于石墨烯的平面结构和超高的比表面积，可通过纳米界面限域实现对有机相变材料的限域封装，为制备定形相变材料提供了可能，同时制备一种具有智能节能石墨稀复合相变材料为热能的高效利用提供很好的材料体系。三、
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服有机相变材料的易泄漏、封装要求高、易老化、低热导等缺点，提供一种定形相变的节能石墨烯复合相变材料及其制备方法，通过改变相变材料的种类从而获得不同相变温度和不同储热能力的具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料和制备方法。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案:本专利技术具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料，其特点在于:所述三维石墨烯骨架复合相变材料是由石墨烯以三维骨架结构相互连接的形式自组装在有机相变材料中得到的，在所述三维石墨烯骨架复合相变材料中有机相变材料质量占5-95 %，余量为石墨烯；在所述三维石墨烯骨架复合相变材料中，有机相变材料提供储热能力，石墨烯为热收集和热传输提供导热通道； 所述有机相变材料为脂肪醇或脂肪酸。优选的，所述脂肪醇为聚乙二醇或正十四醇，所述脂肪酸选自硬脂酸、月桂酸或棕榈酸。所述聚乙二醇为PEG2000、PEG6000或PEG20000。上述具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料的制备方法，其特点在于包括以下步骤:a、氧化石墨的制备将1.2g石墨置于60mL质量浓度98 %的浓硫酸、2g K2S2O8和2g P 205的混合溶液中，在85°C反应4.5小时，反应后用400mL去离子水稀释反应液，依次经过滤、洗涤和60°C真空干燥后得到氧化石墨；b、氧化石墨烯的制备向10mg步骤a得到的氧化石墨中加入50mL质量浓度98%的浓硫酸和2g KMnO4,于35 °C反应2小时，然后向反应液中加80mL去离子水，再于95 °C继续反应0.5小时，随后加入120mL去离子水和6mL质量浓度30 %的双氧水溶液终止反应，依次经离心、洗涤和30-40°C真空干燥后得到氧化石墨烯；所述洗涤是依次用质量浓度10 %的HCl溶液和去离子进行洗涤；C、石墨烯的制备将10mg步骤b中得到的氧化石墨烯超声分散在10mL去离子水中，然后加入0.1g的抗坏血酸L-AA，室温条件下磁力搅拌24小时，即得到分散性良好的石墨烯；d、具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料的制备将有机相变材料加热融成液态，然后按照目标产物中有机相变材料和石墨烯的质量配比，向有机相变材料中加入以水或环己烷为溶剂的石墨烯溶液并混合均匀；在不低于有机相变材料的相变温度下搅拌加热5h以蒸干大部分溶剂，然后保持温度不变继续静置蒸发5h，最后室温干燥，即得节能三维石墨烯骨架复合相变材料。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在:1、本专利技术将石墨烯与有机相变材料混合后，利用自组装技术将石墨烯以3D网络状相互连接的方式自组装在有机相变材料中，从而获得具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料，由于石墨烯巨大的比表面积为纳米界面限域提供了基础，能够很好的防止有机相变材料的泄漏、老化，石墨烯无与伦比的导热性能很大程度上提高了材料热导等性能；而现有技术中Wang ff.L.科研小组在2009年《Applied Energy》上的报道，采用膨胀石墨与聚乙二醇(PEG)混合的方法获得储能材料。这种单纯采用混合的方法获得的材料，聚乙二醇与膨胀石墨混合不均匀，影响材料的热导性能。2、本专利技术可以通过使用不同的碳链长度的聚乙二醇或脂肪酸来作为相变材料以获得不同相变温度区间的石墨烯复合相变材料，随着聚乙二醇数均分子量从2000增至20000，由于不同的聚乙二醇的不同的相变焓和相变温度，石墨烯复合相变材料的储放热能力和储放热温度也随之改变，可满足对不同温度要求的需要。3、与传统有机相变材料相比较，本专利技术具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料还具有良好可塑性，可以通过不同的模具得到不同形状和厚度等，还可以剪裁成不同的形状，因此可以更广泛地适用于不同要求的电子器件的热界面材料中。4、本专利技术操作简单，成本低，在一般化学实验室均能完成，易于推广，便于应用。四、【附图说明】图1是本专利技术方法制备的不同形状和厚度的具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料的光学照片。图2是本专利技术方法制备的具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料的扫描电子显微镜图，从图2中可以看出石墨烯以3D网络状结构自组装在有机相变材料中。图3是实施例1和实施例2所得不同PEG6000质量百分含量的三维石墨烯骨架复合相变材料的XRD谱图，从图3中可以看出石墨烯在复合相变材料中无序非层状结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料，其特征在于：所述三维石墨烯骨架复合相变材料是由石墨烯以三维骨架结构相互连接的形式自组装在有机相变材料中得到的，在所述三维石墨烯骨架复合相变材料中有机相变材料质量占5‑95％，余量为石墨烯；在所述三维石墨烯骨架复合相变材料中，有机相变材料提供储热能力，石墨烯为热收集和热传输提供导热通道；所述有机相变材料为脂肪醇或脂肪酸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠平，张淑东，王振洋，蒋颖畅，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34