一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料及其制备方法技术

一种光‑热能量转换和热能存储定形相变复合材料，属于功能复合材料领域。一种光‑热能量转换和热能存储定形相变复合材料，所述复合材料由支撑材料和有机相变材料组成，所述支撑材料与有机相变材料的质量比为3:7～1:9；所述支撑材料为片层状，有机相变材料均匀填充在支撑材料层间，构成层状堆叠结构；所述支撑材料为Ti2C、Ti3C2、Ti3CN、V2C、Nb2C、TiNbC、Nb4C3、Ta4C3、(Ti0.5Nb0.5)2C或(V0.5Cr0.5)3C2的纳米片；所述有机相变材料为石蜡、脂肪酸、脂肪酸酯或醇类化合物。所述复合材料具有高相变焓值，优异的形状稳定性和热稳定性，在热能存储与利用领域具有广阔的前景。

A Photothermal Energy Conversion and Thermal Energy Storage Phase Change Composite and Its Preparation Method

The invention relates to a photothermal energy conversion and thermal energy storage phase change composite material, which belongs to the field of functional composite materials. A photothermal energy conversion and thermal energy storage shape-stabilized phase change composite material is composed of a support material and an organic phase change material, the mass ratio of the support material to the organic phase change material is 3:7-1:9, the support material is lamellar, and the organic phase change material is evenly filled between the layers of the support material to form a layered stacking structure; the support material is Ti2C, Ti3C2, T. Nanosheets of i3CN, V2C, Nb2C, TiNbC, Nb4C3, Ta4C3, (Ti0.5Nb0.5) 2C or (V0.5Cr0.5) 3C2; the organic phase change materials are paraffins, fatty acids, fatty acid esters or alcohols. The composite material has high enthalpy of phase transition, excellent shape stability and thermal stability, and has broad prospects in the field of thermal energy storage and utilization.

【技术实现步骤摘要】
一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料及其制备方法
本专利技术属于功能复合材料领域，具体涉及一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料及其制备方法。
技术介绍
有机固液相变材料(PCM)，作为潜热存储材料，它的使用可以实现在温度变化很小的范围内储存和释放大量的能量。PCM可以储存来自周围环境的热能，例如，交通工具、电子产品等产生的废热。特别地，PCM可以将太阳光转换成热能进而储存起来。然而，有机固液相变材料也存在着一定的问题，如低的导热系数，使用过程中易泄漏，缺乏能量转换能力等。MXenes是一种二维过渡金属碳/氮化物，具有表面亲水性、金属导电性及优良的电化学性能等，有望用于储能、催化、吸附、储氢、传感器以及新型聚合物增强基复合材料等诸多领域。由于MXenes纳米片具有局部等离子体共振效应(LSPR)，它在可见光区，近红外光区具有强的吸收，因此，MXenes纳米片可应用于能量存储领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光-热能量转换和热能存储复合相变材料，此种材料以MXenes纳米片为光-热转换功能材料，以相变材料为储能材料，将二者复合，得到具有相变焓值高，形状稳定好，热稳定性好的新型复合相变材料，在热能存储与利用领域具有广阔的前景。本专利技术所述光-热能量转换和热能存储复合相变材料中，相变成分均匀得分散在MXenes纳米片层间，得到可实现光-热能量转换与热能储存的定形相变复合材料。此定形相变复合材料具有高的相变焓值和高的热稳定性。在95℃时仍然是固态，而相变材料在65℃时已经部分熔化，表明具有优异的形状稳定性。一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料，所述复合材料由支撑材料和有机相变材料组成，所述支撑材料与有机相变材料的质量比为3:7～1:9；所述支撑材料为片层状，有机相变材料均匀填充在支撑材料层间，构成层状堆叠结构；所述支撑材料为Ti2C、Ti3C2、Ti3CN、V2C、Nb2C、TiNbC、Nb4C3、Ta4C3、(Ti0.5Nb0.5)2C或(V0.5Cr0.5)3C2的纳米片；所述纳米片为单层或几层，纳米片尺寸为0.5-2.2μm；所述有机相变材料为石蜡、脂肪酸、脂肪酸酯或醇类化合物。本专利技术所述堆叠状指的是一种类似手风琴风箱部分的形状。本专利技术所述纳米片为单层或几层，是由于剥离一般都不能精确控制纳米片的层数，得到的纳米片厚度是单层或几层不等，纳米片尺寸为0.5-2.2μm指的是纳米片的横截面的尺寸，横截面的形状可以是多种形状，当横截面的形状是圆形时0.5-2.2μm指的是纳米片的直径尺寸。本专利技术所述有机相变材料即为有机固液相变材料。优选地，所述石蜡为熔点在20～60℃的石蜡。优选地，所述脂肪酸为十二酸、十四酸、十五酸、棕榈酸或硬脂酸。优选地，所述醇类化合物为十二醇、十四醇、十六醇、十八醇或分子量2000～20000的聚乙二醇。本专利技术的另一目的是提供一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：①将前驱体与体积分数为40％的氢氟酸以1g:8mL～1g:10mL的比例混合放置1～3天，得堆叠状MXenes，所述前驱体为Ti2AlC、Ti3AlC2、Ti3AlCN、V2AlC、Nb2AlC、TiNbAlC、Nb4AlC3、Ta4AlC3、(Ti0.5Nb0.5)2AlC或(V0.5Cr0.5)3AlC2；②将所得堆叠状MXenes用去离子水离心洗涤至pH＝7，烘干，与二甲基亚砜以1g:10mL～1g:14mL的比例混合，室温下磁力搅拌18h，离心分离得沉淀物；③将步骤②所得沉淀物与去离子水以1g:200mL～1g:300mL混合，超声剥离5h，固液分离超声清洗后得MXenes纳米片，将所述MXenes纳米片溶于溶剂，得质量分数为1％～5％的MXenes纳米片分散液；④将有机相变材料加入MXenes纳米片分散液中，所述有机相变材料与MXenes纳米片的质量比为9：1～7：3，超声混合后，干燥即得光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料；所述有机相变材料为石蜡、脂肪酸、脂肪酸酯或醇类化合物。本专利技术中堆叠状MXenes用去离子水离心洗涤至pH＝7，烘干，与二甲基亚砜以1g:10mL～1g:14mL的比例混合，室温下磁力搅拌18h，离心分离得沉淀物，所述沉淀物为二甲基亚砜插层的MXenes，即DMSO插层的多层MXenes。进一步地，所述溶剂为去离子水或乙醇。优选地，所述步骤③固液分离超声清洗后得MXenes纳米片的具体操作如下：离心分离倒掉上清液得沉淀物，将沉淀物用去离子水超声清洗3次，离心除去上清液，将下层沉淀物均匀分散在水或乙醇中得MXenes纳米片分散液。优选地，所述步骤④超声混合后，调整溶液pH＝8，50℃真空干燥。优选地，所述石蜡为熔点在20～60℃的石蜡；所述脂肪酸为十二酸、十四酸、十五酸、棕榈酸或硬脂酸；所述醇类化合物为十二醇、十四醇、十六醇、十八醇或分子量2000～20000的聚乙二醇。本专利技术所述聚乙二醇也可简写为PEG。本专利技术中有机固液相变材料填充在MXenes层间，得到复合定形相变储能材料。复合定形相变储能材料(PCM)的相变焓值及相变温度明显低于PEG的相变焓值及相变温度，主要是因为PCM中的PEG的结晶受到起骨架支撑作用的化合物的限制和干扰。所得复合相变材料的相变焓值达到150J/g左右，表明所得定形复合相变储能材料具有优良的相变储热性能。所得纳米片复合相变储能材料与PEG具有相似的结晶特性。在太阳光照下，复合相变储能材料温度迅速升高，曲线在59℃附近出现拐点，表面材料中的相变成分发生相变，光能以潜热的形式存储起来，停止光照后，复合相变储能材料温度迅速下降，当温度降至49℃左右时不再下降且略微升高，并在49℃左右维持一段时间，表明材料具有光热转换与相变储热特性。PCM在95℃时仍保持固态，而PEG在65℃时已发生部分熔化，表明所得复合相变储能材料具有优异的定形相变特性。本专利技术的有益效果：本专利技术一种光-热能量转换和热能存储复合相变材料，此种材料以MXenes纳米片为光-热转换功能材料，以相变材料为储能材料，将二者复合，得到具有相变焓值高(达到150J/g左右)，具有优异形状稳定性，热稳定性的新型复合相变材料。附图说明图1(a)和(b)为实施例1所述MXenes纳米片的扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)图；图2(a)和(b)为实施例1中所述PCM的扫描电镜(SEM)图；图3为实施例1中所述PEG及复合定形相变储能材料的XRD图；图4为实施例1中所述PEG及复合定形相变储能材料的DSC曲线图；图5为实施例1中所述复合相变储能材料的光热转换曲线图(光功率密度为128.6mW/cm2)；图6为实施例1中所述PEG及复合相变储能材料在30℃，65℃及95℃条件下加热20min后的数码照片；图7为实施例1中所述PEG及复合定形相变储能材料的TG曲线图。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料，按照下述步骤制备：①将1gTi3Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光‑热能量转换和热能存储定形相变复合材料，其特征在于，所述复合材料由支撑材料和有机相变材料组成，所述支撑材料与有机相变材料的质量比为3:7～1:9；所述支撑材料为片层状，有机相变材料均匀填充在支撑材料层间，构成层状堆叠结构；所述支撑材料为Ti2C、Ti3C2、Ti3CN、V2C、Nb2C、TiNbC、Nb4C3、Ta4C3、(Ti0.5Nb0.5)2C或(V0.5Cr0.5)3C2的纳米片；所述纳米片为单层或几层，纳米片尺寸为0.5‑2.2μm；所述有机相变材料为石蜡、脂肪酸、脂肪酸酯或醇类化合物。

【技术特征摘要】
1.一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料，其特征在于，所述复合材料由支撑材料和有机相变材料组成，所述支撑材料与有机相变材料的质量比为3:7～1:9；所述支撑材料为片层状，有机相变材料均匀填充在支撑材料层间，构成层状堆叠结构；所述支撑材料为Ti2C、Ti3C2、Ti3CN、V2C、Nb2C、TiNbC、Nb4C3、Ta4C3、(Ti0.5Nb0.5)2C或(V0.5Cr0.5)3C2的纳米片；所述纳米片为单层或几层，纳米片尺寸为0.5-2.2μm；所述有机相变材料为石蜡、脂肪酸、脂肪酸酯或醇类化合物。2.根据权利要求1所述材料，其特征在于，所述石蜡为熔点在20～60℃的石蜡。3.根据权利要求1所述材料，其特征在于，所述脂肪酸为十二酸、十四酸、十五酸、棕榈酸或硬脂酸。4.根据权利要求1所述材料，其特征在于，所述醇类化合物为十二醇、十四醇、十六醇、十八醇或分子量2000～20000的聚乙二醇。5.权利要求1所述的光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：①将前驱体与体积分数为40％的氢氟酸以1g:8mL～1g:10mL的比例混合放置1～3天，得堆叠状MXenes，所述前驱体为Ti2AlC、Ti3AlC2、Ti3AlCN、V2AlC、Nb2AlC、TiNbAlC、Nb4AlC3、Ta4AlC3、(Ti0.5Nb0.5)2A...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐炳涛，樊晓乔，刘璐，张宇昂，张淑芬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21