一种石墨烯导热增强相变储能材料制造技术

本发明专利技术涉及一种相变储能材料，特别涉及一种石墨烯导热增强相变储能材料。一种石墨烯导热增强相变储能材料，该材料包括以下重量分数计的组分：50‑60%癸酸(CA)、40‑50%十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的总重量为100%计的功能化石墨烯（CTAB‑RGO）0.1‑12%。该材料用表面活性剂对石墨烯进行功能化改性，提高在介质（脂肪酸类和醇类固液相变材料）的分散性，从而有效解决了导热增强型复合相变储能材料的均匀性、稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种相变储能材料，特别涉及一种石墨烯导热增强相变储能材料。
技术介绍
相变储能是利用物质的物理相转变来进行能量有效的储存和释放，来提高能源利用效率，进而实现节能的目的，在能源的合理配置中起着重要的作用。用于相变储能的材料主要有无机、有机和复合材料三大类。无机类与有机类相变储能材料存在一定的缺陷，在实际应用中存在各种问题，而复合相变储能材料克服了单一组分相变材料的不足，具有储能密度高、利用效果好、适用范围广等特点。通常利用掺杂方法将一些导热系数高的微粒加入到相变材料中，获得高相变焓值、导热性能优异、定型效果好的导热增强型复合相变储能材料，已成为目前相变储能研究领域的热点之一。近年来，国内外学者利用借助超声或加入表面活性剂的方法制备出导热增强型相变储能材料。例如，Wu等通过超声和表面活性剂的辅助作用，将纳米铜(Cu)分散到熔化石蜡中制备了Cu/石蜡纳米流体相变储能材料，1wt％纳米Cu的加入使相变材料的降温速率明显加快，降温时间缩短了28％。WangJ等将多壁碳纳米管(MWNTs)掺入十六酸(PA)中制备PA/MWNTs复合相变储能材料。添加量为1wt％的PA/MWNTS复合相变材料导热系数为0.33W/(m·K)，相比纯PA导热增强率高达30％。还有，WangW等将β-氮化铝(β-AlN)粉末、二元醇(PEG1000)和SiO2溶胶混合在一起，制备出具有复合相变储能材料。研究结果表明，当β-AlN的量由5％增加到30％时，复合材料的导热系数增加了近1倍。尽管通过掺杂制备方法能有效提高复合相变材料的导热系数，但导热增强的纳米粒子由于比表面积、表面能大，容易发生团聚和沉降，致使制备的材料存在均匀性差、性能不稳定等问题。因此，开发均匀分散、性能优异的导热增强型复合相变储能材料对于提高能源利用率具有重要的实际意义。石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有高导热率、高强度、高导电率和高比表面积等特性，其中单层石墨烯的导热系数高达5300W/(m·K)可作为导热增强剂提高相变储能材料的导热性能。通过直接掺杂制备复合相变储能材料时，由于石墨烯片层具有大的比表面积和高的表面能，往往存在分散不均问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯导热增强相变储能材料，该材料用表面活性剂对石墨烯进行功能化改性，提高在介质(脂肪酸类和醇类固液相变材料)的分散性，从而有效解决了导热增强型复合相变储能材料的均匀性、稳定性问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯导热增强相变储能材料，该材料包括以下重量分数计的组分：50-60％癸酸(CA)、40-50％十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的总重量为100％计的功能化石墨烯(CTAB-RGO)0.1-12％。作为优选，所述功能化石墨烯的制备方法是：以石墨为原料，通过改进Hummers法制得氧化石墨(GO)，GO与CTAB进行有机化反应制得有机化氧化石墨烯(CTAB-GO)，再通过水合肼还原反应制得功能化石墨烯(CTAB-RGO)。作为优选，所述功能化石墨烯的制备方法具体是：在去离子水中加入GO超声分散，滴加CTAB的水溶液，使GO与CTAB的质量比为1:10-12，然后使体系升温至90±2℃，搅拌反应，随后同时滴加水合肼和氨水，GO与水合肼的质量比为1:0.7-0.9，氨水的质量浓度为25-30％，氨水的加入量为GO质量的3-4倍，90℃±2反应2-3h，反应结束后过滤得黑色固体粉末，洗涤烘干后制得CTAB-RGO。水合肼的质量浓度为80％作为优选，该材料包括以下重量分数计的组分：50-60％癸酸(CA)、40-50％十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的总重量为100％计的功能化石墨烯(CTAB-RGO)0.3-1.5％。作为优选，该材料包括以下重量分数计的组分：50-60％癸酸(CA)、40-50％十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的总重量为100％计的功能化石墨烯(CTAB-RGO)2-10％。一种石墨烯导热增强相变储能材料的制备方法，将癸酸和十二醇组成的混合物在超声和搅拌下升温至混合物完全熔化，再加入功能化石墨烯(CTAB-RGO)，超声并搅拌混合，自然冷却至室温后，碾磨至粉状，制得CTAB-RGO/CA-LA复合材料，即为所述的石墨烯导热增强相变储能材料。作为优选，搅拌混合时间为4-6小时。作为优选，搅拌混合的搅拌速率为200-500转/分钟，超声强度400-500Wcm-2，超声频率为4kHz。本专利技术的有益效果是：本专利技术以氧化石墨烯(GO)为原料，N，N，N-三甲基-1-十六烷基溴化铵(CTAB)为改性剂，经有机化改性、还原反应制得功能化石墨烯(CTAB-RGO)。红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和热失重分析仪(TGA)测试结果表明CTAB已接枝到石墨烯表面，接枝率为9.2％。利用CTAB-RGO对癸酸-十二醇(CA-LA)共混物进行导热增强改性，结果表明CTAB-RGO的加入提高了CA-LA相变复合材料的相变潜热、导热系数、热稳定性能等。添加1％CTAB-RGO复合材料的相变潜热为164.7J/g，相对CA-LA混合材料提高了22％；导热系数为高达0.94W/(m·K)，导热增强率为184％。本专利技术通用对石墨烯导热增强相变储能材料的性能研究，为新一代高性能相变储能材料的开发与应用提供重要的依据。附图说明图1是本专利技术CTAB-RGO的制备示意图；图2是GO、CTAB-GO和CTAB-RGO的FT-IR图谱；图3是GO、RGO和CTAB-RGO的TGA曲线图；图4是石墨、GO、CTAB-GO和CTAB-RGO的XRD图谱；图5是GO(a)和CTAB-RGO(b)的SEM图，GO(c)和CTAB-RGO(d)的TEM图；图6是GO和CTAB-GO在水和甲苯中分散性观察：(a)GO和(b)CTAB-RGO分散在水中，(c)GO和(d)CTAB-RGO分散在甲苯中；图7是CTAB-RGO/CA-LA复合材料的DSC曲线图；图8是CTAB-RGO/CA-LA复合材料的TGA曲线图；图9是CTAB-RGO含量对复合材料导热系数的影响。具体实施方式下面通过具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本专利技术的实施并不局限于下面的实施例，对本专利技术所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本专利技术保护范围。在本专利技术中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。癸酸(CA)、十二醇(LA)，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；石墨，产品型号F-1，粒径约为4μm，青岛百川石墨有限公司；N，N，N-三甲基-1-十六烷基溴化铵(CTAB)，纯度99％，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。实施例：一、功能化石墨烯(CTAB-RGO)的制备以石墨为原料，通过改进Hummers法制得氧化石墨(GO)，GO与CTAB进行有机化反应制得有机化氧化石墨烯(CTAB-GO)，再通过水合肼还原反应制得功能化石墨烯(CTAB-RGO)。在100mL去离子水中加入1.0gGO超声分散1小时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯导热增强相变储能材料，其特征在于该材料包括以下重量分数计的组分：50‑60%癸酸(CA)、40‑50%十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的总重量为100%计的功能化石墨烯（CTAB‑RGO）0.1‑12%。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯导热增强相变储能材料，其特征在于该材料包括以下重量分数计的组分：50-60%癸酸(CA)、40-50%十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的总重量为100%计的功能化石墨烯（CTAB-RGO）0.1-12%。2.根据权利要求1所述的石墨烯导热增强相变储能材料，其特征在于：所述功能化石墨烯的制备方法是：以石墨为原料，通过改进Hummers法制得氧化石墨（GO），GO与CTAB进行有机化反应制得有机化氧化石墨烯（CTAB-GO），再通过水合肼还原反应制得功能化石墨烯（CTAB-RGO）。3.根据权利要求2所述的石墨烯导热增强相变储能材料，其特征在于：所述功能化石墨烯的制备方法具体是：在去离子水中加入GO超声分散，滴加CTAB的水溶液，使GO与CTAB的质量比为1:10-12，然后使体系升温至90±2℃，搅拌反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈素清，黄国波，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33