一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料制造技术

本发明专利技术公开了一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：该材料由薄壁泡沫炭材料，覆盖在薄壁泡沫炭材料表面的导电高分子化合物层，覆盖在导电高分子化合物层表面的无机‑有机复合相变材料层或镶嵌在导电高分子化合物层表面的导电高分子化合物/无机‑有机复合相变材料核壳胶囊组成。该材料导热系数为55.0～110.0 W m

【技术实现步骤摘要】
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料
本专利技术属于炭基相变复合材料和温度传感材料，涉及一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。本专利技术的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料可用于太阳能利用、工业废热回收、室温管控、电子设备的冷却等领域。
技术介绍
能源问题是当前人们关注的热点问题之一。近年来，利用相变材料进行热能的存储和释放受到了广泛关注。高的能量存储密度、快速的热存储和释放是热能存储体系的两大关键要求。因此，一个理想的热存储材料应同时具有高的导热系数和比热容。然而，目前常用的有机相变材料和无机相变材料，它们的导热系数都很低。有机相变材料的导热系数一般为0.1～0.3Wm-1K-1，而无机相变材料的导热系数一般为0.4～0.6Wm-1K-1。低的导热系数增加了热的存储和释放时间，严重限制了相变材料的应用。现有技术中，人们的研究重点主要是通过向相变材料中掺入高导热系数的物质(如金属和各类碳材料等)以提高储能材料的导热系数。而蓄热系数(定义为导热系数、密度和恒压比热容三者乘积的平方根)作为一个同时考虑了导热系数和比热容的参数却常常被多数研究报道忽略。尽管相变复合材料的相关研究已经很多，但除了一些使用膨胀石墨或石墨化泡沫炭的报道外，80％以上的相变复合材料导热系数都在10Wm-1K-1以下，而同时有提供蓄热系数的报道更是寥寥。此外，目前报道的相变复合材料往往只具有相变储能功能。将相变复合材料多功能化，必将有利于强化其实用性和拓展其应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种具有高能量存储密度、快速热存储/释放性能，以及兼具温度响应功能的双功能高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。本专利技术的内容是：一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：由薄壁泡沫炭材料(1)，覆盖(或称：包覆、包裹)在薄壁泡沫炭材料(1)表面的导电高分子化合物层(2)，以及覆盖(或称：包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的无机-有机复合相变材料层(3)或镶嵌(或称：覆盖、包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊(4)组成。本专利技术的内容中：该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物、无机-有机复合相变材料的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料14％～20％、导电高分子化合物22％～30％、无机-有机复合相变材料50％～64％。本专利技术的内容中：所述的薄壁泡沫炭材料是具有三维网络结构、网眼由亚微米级厚度的薄炭壁相连、且导热系数为2.3～3.1Wm-1K-1的泡沫炭材料。此种结构特征的泡沫炭材料表面具有大量羟基、羰基或羧基活性冠能团，有利于导电高分子在其炭壁上均匀铺覆；并且亚微米级厚度的薄炭壁既可保证泡沫炭具有足够的机械强度，当相变材料采用直接附着形式复合时，又可为相变材料的进一步铺覆提供尽可能多的可附着表面，可使相变材料以尽可能多和尽可能薄的方式附着复合，有利于储能能力的提高和热能的快速存储/释放。本专利技术的内容中：所述的薄壁泡沫炭材料可以按申请人为西南科技大学、专利申请号为CN201710222774.2、公开号为CN106976861A提供的“一种薄壁泡沫炭-碳纳米管复合材料的制备方法”制备，也可以按以下方法制备：将5质量份的淀粉分散于50质量份的含有0.1mol/L的硫酸和0.5mol/L的磷酸的硫/磷混酸的水溶液中，然后立即真空抽滤，获得淀粉滤饼。在滤饼两侧各贴放一张与淀粉滤饼相同尺寸和形状的滤纸，然后在滤纸外侧各安放一块与淀粉滤饼相同尺寸和形状的泡沫镍。将上述贴合了滤纸并安放了泡沫镍的淀粉滤饼放置在一石英管内(石英管的横截面形状和尺寸与淀粉滤饼相同)，使其与石英管内壁刚好贴合。在放置于石英管内、贴合了滤纸并安放了泡沫镍的淀粉滤饼两侧填充沙子，并将石英管竖直插入一沙浴内。加热沙浴，使其温度上升至500℃，保温2h后冷却至室温，即获得由淀粉转化而来的薄壁泡沫炭材料。本专利技术的内容中：所述的导电高分子化合物较好的是聚吡咯。本专利技术的内容中：所述的无机-有机复合相变材料较好的是CaCl2·6H2O和聚乙二醇(简称PEG)的混合物。对PEG分子量规格的选择原则为：保证复合材料的预期使用温度范围与PEG的熔化温度基本保持一致。考虑到CaCl2·6H2O在相变储能传感材料中所起的作用及其可能存在的缺点，其含量不能过低也不能过高；CaCl2·6H2O含量过低则起不到调节复合材料电阻的作用，不能对相变过程给出可测量的电信号；若CaCl2·6H2O含量过高，则可能出现过冷问题。所述聚乙二醇(简称PEG)可选择不同分子量规格的PEG，较好的是PEG-1000或/和PEG-2000。所述的CaCl2·6H2O和聚乙二醇(简称PEG)的质量比例可任意调节，较好的CaCl2·6H2O和聚乙二醇的质量比是3:7～7:3。本专利技术的内容中：所述覆盖(或称：包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的无机-有机复合相变材料层(3)的厚度为0.5～1μm。本专利技术的内容中：所述镶嵌(或称：覆盖、包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊(4)中，核壳胶囊尺寸为1～50μm，核壳胶囊的壳层厚度为100～200nm。本专利技术的内容中：该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为55.0～110.0Wm-1K-1(在该范围内可调)，蓄热系数为8.5～21.0kJm-2K-1s-1/2(在该范围内可调)，该材料具有相变储能和温度传感双重功能，可通过测试材料电阻的变化情况以电信号的方式反映材料温度和相变储能状态。本
技术实现思路
中所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该材料是以薄壁泡沫炭为骨架、以导电高分子化合物为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料为储能和电阻调节介质的复合材料。该材料具有相变储能和温度传感双重功能，可通过测试材料电阻的变化情况以电信号的方式反映材料温度和相变储能状态。当材料温度在40～90℃范围内波动时，其电阻随温度的升高线性减小、随温度的降低线性增大。当材料温度低于40℃时，储能介质的相变过程会引起材料电阻的突变，可根据电阻的突变状态探查材料的储能状态。当材料温度低于40℃且处于放热状态时，随着储能介质相变过程的结束，材料的电阻会急剧增大。当再次加热蓄能时，材料的电阻会持续增大至一最高点(此时温度大约回升至40℃)，相变储能介质中的无机相变组分完成相变储能过程。温度继续升高后，材料电阻会随温度的升高呈现下降趋势，直至材料温度为56℃附近时，相变储能介质中的有机组分蓄能接近完成，此时材料的电阻值回归到温度在40～90℃范围内波动时电阻的变化范围。本
技术实现思路
所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，可以按如下步骤制备：a、首先将薄壁泡沫炭材料(1)用0.2molL-1FeCl3乙醇溶液浸渍后，取出于80℃烘干后，将浸渍有Fe3+的薄壁泡沫炭材料(1)置于吡咯蒸气中12～36h进行室温下的蒸气相聚合，获得聚吡咯在薄壁泡沫炭材料(1)表面均匀覆盖的薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物(亦即表面覆盖(或称：包覆、包裹)有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：由薄壁泡沫炭材料（1），覆盖在薄壁泡沫炭材料（1）表面的导电高分子化合物层（2），以及覆盖在导电高分子化合物层（2）表面的无机‑有机复合相变材料层（3）或镶嵌在导电高分子化合物层（2）表面的导电高分子化合物/无机‑有机复合相变材料核壳胶囊（4）组成。

【技术特征摘要】
1.一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：由薄壁泡沫炭材料（1），覆盖在薄壁泡沫炭材料（1）表面的导电高分子化合物层（2），以及覆盖在导电高分子化合物层（2）表面的无机-有机复合相变材料层（3）或镶嵌在导电高分子化合物层（2）表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊（4）组成。2.按权利要求1所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物、无机-有机复合相变材料的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料14%～20%、导电高分子化合物22%～30%、无机-有机复合相变材料50%～64%。3.按权利要求1或2所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述的导电高分子化合物是聚吡咯。4.按权利要求1或2所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述的无机-有机复合相变材料是CaCl2·6H2O和聚乙二醇的混合物。5.按权利要求4所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述聚乙二醇是PEG-1000或/和PEG-2000。6.按权利要求4所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷洪，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51