纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶及其制备方法、以及相变材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了纤维素‑石墨烯纳米片复合气凝胶及其制备方法、以及相变材料、其制备方法及应用，涉及发热材料技术领域。纤维素‑石墨烯纳米片复合气凝胶及其制备方法，采用纤维素和石墨烯形成水凝胶，复合气凝胶是由纤维素和石墨烯纳米片相互堆积形成自上而下的具有高度取向排列的类砖网结构。纤维素‑石墨烯纳米片复合相变材料及其制备方法，其通过在上述纤维素‑石墨烯纳米片复合气凝胶中灌装入熔融的灌装材料后冷却、干燥即得。上述纤维素‑石墨烯纳米片复合相变材料可以制作成发热元件，具备的优点很多，如实现电控和超远距离光控、形状易于二次加工、节能、切断控制电路后恒温时间长等。

【技术实现步骤摘要】
纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶及其制备方法、以及相变材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及发热材料
，且特别涉及纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶及其制备方法、以及相变材料、其制备方法及应用。
技术介绍
现有的恒温器恒温元件多为电阻型(电热合金、电热线、电热板、电热带)，半导体型(PTC、MCH陶瓷发热体)以及微波加热型(微波加热装置、电磁感应热装置)。一般是控制系统通过不间断调控控制信号来调整控温元件温度。但是，现有的恒温器恒温元件具备以下缺点：(1)配合现有的控温元件所需要的控制系统比较的复杂，并且控制方式单一。(2)现有的恒温元件不能实现超远距离，超低功耗的精准控温。(3)现有的所有加热元件必须在通电的条件下才能维持温度恒定。(4)现有的恒温元件使用的是金属或者无机半导体材料，生产过程会产生大量的污染，同时废旧元件难以回收处理，同时生产成本高，良品率低。(5)现有恒温元件能耗比较大。(6)现有的恒温元件很难进行二次加工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶及其制备方法，旨在利用纤维素和石墨烯纳米片形成的具备取向结构的气凝胶提高发热元件的性能。本专利技术的另一目的在于提供一种纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料及其制备方法，旨在利用纤维素和石墨烯纳米片形成具备取向结构的相变材料，具备很好的光诱导和电诱导热转变及热存储性能。本专利技术的第三目的在于提供上述纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料在制备发热元件中的应用，该发热元件能够满足具备多个恒定温度的需求。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出了一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶，复合气凝胶是由纤维素和石墨烯纳米片相互堆积形成自上而下的具有高度取向排列的类砖网结构。本专利技术还提出一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：将纤维素、石墨烯纳米片和LiBr水溶液混合溶解后，进行冷却以形成凝胶初料；将凝胶初料进行冷冻30-60min后，再经过冷冻干燥；其中，纤维素和石墨烯的质量比为3:1-5。本专利技术还提出一种纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料，在上述纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶中灌装有灌装材料；其中，灌装材料选自高级脂肪烃、多元醇类和脂肪酸及其衍生物中的任意一种或多种；高级脂肪烃选自石蜡、正二十烷、正十八烷和正十七烷中的任意一种或多种；多元醇类选自聚乙二醇、丁四醇和十八醇中的任意一种或多种；脂肪酸及其衍生物选自软脂酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸中的任意一种或多种。本专利技术还提出一种纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：制备纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶；将纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶与熔融的灌封材料混合，在75-85℃的温度条件下真空干燥10-15h，再冷却。本专利技术还提出上述纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料在制备发热元件中的应用。本专利技术实施例提供一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶的有益效果是：其采用纤维素和石墨烯形成水凝胶，复合气凝胶是由纤维素和石墨烯纳米片相互堆积形成自上而下的具有高度取向排列的类砖网结构。具备取向结构的复合气凝胶具备很好的导热导电性能，在石墨烯用量很少的情况下达到高性能定向导热导电。本专利技术还提供了一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶的制备方法，其通过将纤维素和石墨烯纳米片溶解后进行骤冷形成凝胶，在经过冷冻30-60min后形成具备取向结构的水凝胶，再经过冷冻干燥后形成复合气凝胶，方法简便易行。本专利技术还提供了纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料及其制备方法，其通过在上述纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶中灌装入熔融的灌装材料后干燥、冷却即得。该相变材料具备很好的导热、导电性能，同时具备热能转换，热能存储、缓释的能力。上述纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料可以制作成发热元件，具备的优点很多，如实现电控和超远距离光控、节能、形状易于二次加工、切断控制电路后恒温时间长等。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例得到气凝胶的结构测试图；图2为本专利技术实施例制备得到的加热元件；图3为本专利技术实施例得到加热元件激光控制测试原理图；图4为本专利技术实施例得到加热元件激光控制的升温降温曲线；图5为本专利技术实施例得到加热元件通电控制原理图；图6为本专利技术实施例得到加热元件通电控制的升温降温曲线；图7为本专利技术实施例得到加热元件升温测试结果图；图8为本专利技术实施例得到加热元件的降温测试结果图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供的纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶及其制备方法、以及相变材料、其制备方法及应用进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶，复合气凝胶是由纤维素和石墨烯纳米片相互堆积形成自上而下的具有高度取向排列的类砖网结构。专利技术人通过选择纤维素作为骨架材料具备很好的封装性能，使石墨烯可以在用量很少的情况下形成具备定向导热导电的性能。具体地，类砖网结构也称网状结构，其是材料之间堆砌而成。本专利技术实施例提供的一种纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料，在上述纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶中灌装有灌装材料，将灌装材料灌装入复合气凝胶中形成相变材料，具备很好的导热导电性能，同时具备热能转换，热能存储、缓释的能力。下面对本专利技术实施例提供的一种纤维素-石墨烯纳米片复合相变材料的制备方法进行具体说明，包括以下步骤：S1、纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶的制备本专利技术实施例提供的一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：将纤维素、石墨烯和LiBr水溶液混合溶解后，进行冷却以形成凝胶初料；将凝胶初料进行冷冻30-60min后，再经过冷冻干燥；其中，纤维素和石墨烯的质量比为3:1-5。需要说明的是，其通过将纤维素和石墨烯纳米片溶解后进行骤冷形成凝胶，在经过冷冻30-60min后形成具备取向结构的水凝胶，再经过冷冻干燥后形成复合气凝胶，方法简便易行。采用纤维素为骨架材料具备很好的封装性能，能够使石墨烯纳米片在很少的用量情况下达到很好的定向导热和导电性能。具体地，凝胶初料的冷冻过程是在液氮蒸汽中进行，经过约40min左右的冷冻纤维素分子和石墨烯纳米片形成具有取向结构的水凝胶，从而具备定向导热导电的效果。水凝胶经过冷冻干燥后制备得到气凝胶，冷冻干燥时间为45-55h。具体地，LiBr水溶液的浓度为2-5g/mL，LiBr水溶液的浓度过低不能性能水凝胶，浓度过大会引入大量杂质，不利于后期去除。优选地，在凝胶初料进行冷冻之前，将凝胶初料进行离子交换处理；优选地，离子交换处理的时间为2-4天。采用离子交换的方式对凝胶初料进行处理可以有效去除凝胶中的LiBr。具体地，LiBr水溶液、纤维素和石墨烯混合的过程是在115-125℃的温度条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维素‑石墨烯纳米片复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶是由纤维素和石墨烯纳米片相互堆积形成自上而下的具有高度取向排列的类砖网结构。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶是由纤维素和石墨烯纳米片相互堆积形成自上而下的具有高度取向排列的类砖网结构。2.根据权利要求1所述的纤维素-石墨烯纳米片复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将纤维素、石墨烯纳米片和LiBr水溶液混合溶解后，进行冷却以形成凝胶初料；将所述凝胶初料进行冷冻30-60min后，再经过冷冻干燥；其中，所述纤维素和所述石墨烯纳米片的质量比为3:1-5。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述LiBr水溶液的浓度为2-5g/mL。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述凝胶初料进行冷冻之前，将所述凝胶初料进行离子交换处理；优选地，所述离子交换处理的时间为2-4天。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述凝胶初料的冷冻过程是在液氮蒸汽中进行，所述冷冻干燥时间为45-55h。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述LiBr水溶液、所述纤维素和所述石墨烯纳米片混合的过程是在115-125℃的温度条件下搅拌30-40min。7.一种纤维素-石墨烯纳米片...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，金鑫铮，祁晓东，杨静晖，黄婷，张楠，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51