本发明专利技术公开了一种氧化钛纳米阵列复合相变材料及其制备方法和应用，其中，该相变材料含有氧化钛纳米阵列以及负载在所述氧化钛纳米阵列上的有机相变材料，其中，所述有机相变材料的含量为10‑90wt％，所述氧化钛纳米阵列的含量为10‑90wt％。本发明专利技术将氧化钛纳米阵列作为载体，将相变材料与所述载体复合，形成氧化钛纳米复合相变材料。制备出的复合相变材料相变温度区间变窄、焓值明显提高，且能量对称性提高，能量利用率增大。并且由于相变材料进入阵列内部，使得液态相变材料的流动受限，能量更加集中，使得复合后的相变材料过冷度下降。对于解决目前相变材料在热能储存方面存在的诸多问题，具有良好的商业前景。
【技术实现步骤摘要】
一种氧化钛纳米阵列复合相变材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种氧化钛纳米阵列复合相变材料及其制备方法，本专利技术还涉及使用该相变材料在热能储存方面的应用，属于蓄热材料领域。
技术介绍
相变材料(phasechangematerials，PCMs)指在相变过程中能够将热能以潜热的形式储存或释放，是一种高效的环境友好型调温储能材料。相变材料具有储能密度较高、储存温度较低、近似恒温操作和储存空间较小等优点，对于解决现阶段能量供需问题、减少能量消耗、促进能源的优化利用等方面有很大的帮助。但相变材料还是存在着诸多问题，包括相变物质的泄漏、封装的耐久性和相变过程的换热效率等问题。因此，常采用包覆或负载的方法对有机相变材料进行封装，形成性能优良的复合相变储能材料。复合相变材料可以从多个角度对相变材料进行完善和改进，很大程度上拓宽了相变材料蓄热甚至蓄能的应用前景。氧化钛是一种重要的多功能半导体材料，化学性质稳定，无毒，价格低廉。氧化钛纳米阵列的光学和电学特性，以及便于电子传输的几何特征和高比表面积等优势，使其具有优异的光电转换效率和光催化活性，并且成为一种优异的催化剂载体材料，在太阳能电池、光催化降解有机污染物、光催化制氢、传感器、制备催化剂等方面有着广阔的应用前景。氧化钛纳米阵列复合相变材料兼具两种组分，特别是纳米材料组分的性能优势。纳米材料巨大的比表面积和界面效应束缚了液态相变材料的宏观流动，能够有效解决相变材料的熔化泄露和挥发问题，并显著提高相变材料的稳定性及与普通建筑材料的相容性，相对于其他定形基体具有明显的优势，是一种极具开发应用潜质的新型复合相变材料。专利申请号为201310664542.4、名称为“复合相变材料及其制备方法”的专利，公开了一种采用多孔化和石墨化的炭微球作为载体提高石蜡复合相变材料的导热性能的方法，该方法得到的石蜡复合相变材料导热系数较高并且定形较好，但是以多孔化和石墨化的炭微球作为载体，其对石蜡的吸附量较低，从而导致该复合相变材料的相变焓小，并且该复合相变材料的制备方法相对繁琐复杂，不利于大规模制备，需要进一步的改进。专利申请号为200810154238.4、名称为“石蜡类复合定形相变材料及其制备方法”的专利，公开了一种石蜡类复合定形相变材料及其制备方法，该方法以石蜡为贮热材料，采用小分子凝胶因子形成的空间网络结构作为石蜡的支撑材料，添加高密度聚乙烯作为支撑材料，该材料相变焓高、制备成本低，但其还是存在泄漏问题，大约为1％到4％的泄漏。专利申请号为200410103475.X、名称为“一种微胶囊封装定形相变材料的制备方法”的专利，公开了一种微胶囊封装定形相变材料的制备新方法，该方法是以石蜡为相变材料，以聚苯乙烯和聚乙烯两种树脂为基本支撑材料，以加热熔融的方法进行混合包裹，冷却后粉碎制备出石蜡定形相变材料，然后以三聚氰胺改性脲醛树脂用原位聚合法对该石蜡定形相变材料进行微胶囊封装。该种材料相变焓最大达到138kJ/kg，但该种材料的制备方法繁琐且成本较高。综合来看，已有的复合相变材料制备方法对于复合相变材料的相变焓、制备过程的成本和相变物质的泄漏等方面存在着些许问题。因此，开发出一种导热性能好，低成本，不易发生泄漏的复合相变材料，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善有机相变潜热储能材料存在导热率低、换热性能差的缺点，提供一种氧化钛纳米阵列复合相变材料及其制备方法，以及该氧化钛纳米阵列复合相变材料在热能储存方面的应用。本专利技术一方面提供了一种氧化钛纳米阵列复合相变材料，包括含有氧化钛纳米阵列以及负载在所述氧化钛纳米阵列上的有机相变材料，以氧化钛纳米阵列复合相变材料的总重量为基准，所述有机相变材料的含量为10-90wt％，所述氧化钛纳米阵列的含量为10-90wt％。优选，以氧化钛纳米阵列复合相变材料的总重量为基准，所述有机相变材料的含量为60-80wt％，所述氧化钛纳米阵列的含量为20-40wt％。进一步优选，所述有机相变材料为高级脂肪酸酯或高级脂肪醇或石蜡。本专利技术还提供了一种氧化钛纳米阵列复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：(1)清洗基底，并将清洗好的基底烘干备用对基底进行超声波水洗，清洗时间为30～60min，清洗温度为30～50℃，之后，对清洗后的基底进行烘干，烘干时间为1～2h，烘干温度为80～120℃；(2)采用旋涂法在烘干后的基底上铺设氧化钛晶种配制浓度为0.02～0.1mol/L的氧化钛溶胶，之后，向烘干后的基底表面滴加氧化钛溶胶，基底与氧化钛溶胶滴加量的固液比(g/mL)为15:1～30:1，然后，将其在2000～3000转/分的转速下旋转30～60s后，取出并转移至450～500℃的马弗炉中退火15～30min，空气冷却，得铺设好氧化钛晶种的基底，其中，氧化钛溶胶的配制方法为：按体积比，将34份乙醇、1.7份去离子水、0.13份盐酸混合，磁力搅拌15～30min后配置成甲溶液；将17份钛酸四丁酯、12份乙醇、5.3份乙酰丙酮混合，磁力搅拌15～30min后配置成乙溶液；将上述甲溶液全部缓慢滴入乙溶液中，滴入速率为2～3滴/s，室温下搅拌15～30min，陈化24～48h，得浓度为0.7mol/L的氧化钛胶体，之后，取3份浓度为0.7mol/L的氧化钛胶体，将其注入18～102份乙醇中，稀释成浓度为0.02～0.1mol/L的氧化钛溶胶。(3)采用水热法原位生长氧化钛纳米阵列按体积比将20～30份盐酸与20～30份去离子水混合并磁力搅拌5～10min后，加入1～1.5份钛酸四丁酯，继续磁力搅拌5～10min，得到混合液，将所述混合液移置于反应釜中，将铺设好氧化钛晶种的基底放入含有混合液的反应釜内，将反应釜拧紧并放入烘箱中160～200℃水热4～16h，之后，自然冷却至室温，然后，对水热后的基底进行清洗，采用去离子水冲洗2～3次，再用乙醇冲洗2～3次，置于烘箱中烘干，其中，烘干时间为60～90min，烘干温度为80～120℃，得生长好氧化钛纳米阵列的基底；(4)将氧化钛纳米阵列与有机相变材料进行复合将有机相变材料在高于相变温度10～20℃的条件下溶于有机溶剂中，得到复合混合物，其中，所述有机相变材料与有机溶剂的固液比(g/mL)为1:150～1：100，将得到的复合混合物缓慢滴加于生长好氧化钛纳米阵列的基底表面，滴加速度为1～2滴/s，之后，对滴加了复合混合物的基底进行加热，使有机溶剂挥发，然后，将其转移至超声振荡仪中，超声震荡60～90min，之后降至室温，使有机相变材料在常温下凝固，得到氧化钛纳米阵列复合相变材料。优选，所述基底为ITO导电玻璃或钛片或FTO导电玻璃。进一步优选，在步骤(4)中，所述溶解有机相变材料的有机溶剂为乙醚或丙醚或二氯甲烷或石油醚。本专利技术还提供了氧化钛纳米阵列复合相变材料在热能储存方面的应用。本专利技术的优点在于制备出的复合相变材料相变温度区间变窄、焓值明显提高，且能量对称性提高，能量利用率增大。并且由于有机相变材料进入阵列内部，使得液态相变材料的流动受限，能量更加集中，使得复合后的相变材料过冷度下降。氧化钛纳米阵列的毛细作用，将有机相变材料吸附在纳米阵列内部，可有效解决相变材料在相变过程中出现的封装困难、易泄露等问题，该复合相变材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氧化钛纳米阵列复合相变材料，其特征在于：包括氧化钛纳米阵列以及负载在所述氧化钛纳米阵列上的有机相变材料，以氧化钛纳米阵列复合相变材料的总重量为基准，所述有机相变材料的含量为10‑90wt％，所述氧化钛纳米阵列的含量为10‑90wt％。
【技术特征摘要】
1.一种氧化钛纳米阵列复合相变材料，其特征在于：包括氧化钛纳米阵列以及负载在所述氧化钛纳米阵列上的有机相变材料，以氧化钛纳米阵列复合相变材料的总重量为基准，所述有机相变材料的含量为10-90wt％，所述氧化钛纳米阵列的含量为10-90wt％。2.根据权利要求1所述的氧化钛纳米阵列复合相变材料，其特征在于：以氧化钛纳米阵列复合相变材料的总重量为基准，所述有机相变材料的含量为60-80wt％，所述氧化钛纳米阵列的含量为20-40wt％。3.根据权利要求1所述的氧化钛纳米阵列复合相变材料，其特征在于：所述有机相变材料为高级脂肪酸酯或高级脂肪醇或石蜡。4.权利要求1-3中任意一项所述的氧化钛纳米阵列复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)清洗基底，并将清洗好的基底烘干备用对基底进行超声波水洗，清洗时间为30～60min，清洗温度为30～50℃，之后，对清洗后的基底进行烘干，烘干时间为1～2h，烘干温度为80～120℃；(2)采用旋涂法在烘干后的基底上铺设氧化钛晶种配制浓度为0.02～0.1mol/L的氧化钛溶胶，之后，向烘干后的基底表面滴加氧化钛溶胶，基底与氧化钛溶胶滴加量的固液比(g/mL)为15:1～30:1，然后，将其在2000～3000转/分的转速下旋转30～60s后，取出并转移至450～500℃的马弗炉中退火15～30min，空气冷却，得铺设好氧化钛晶种的基底；(3)采用水热法原位生长氧化钛纳米阵列按体积比将20～30...
【专利技术属性】
技术研发人员：烟征，于经尧，刘欢，杨佳瑶，杨天华，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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