一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊及制备方法，微胶囊囊芯是一种具有储热能力的相变材料；壁材为多壁结构，内部为一层聚二乙烯基苯高聚物壳层，主要用于封装相变材料；外部为一层MXene壳层，可用来提高微胶囊的封装率和储热能力，同时赋予其光热转换效应。制备采用一锅法在两亲性大分子1,1‑二苯乙烯封端的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯和MXene协同稳定共存的体系中制备新型相变材料微胶囊。本发明专利技术的多壁结构微胶囊形状稳定、封装率高且具有较高的潜热存储密度和优异的光热转换性能，极大地丰富了相变材料微胶囊在太阳能利用等领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊及制备方法
本专利技术属于相变材料微胶囊的制备方法，涉及一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊及制备方法。该微胶囊的囊芯为相变材料，内层囊壁为一层聚二乙烯基苯高聚物壳层，外层囊壁为一层MXene壳层。这种多壁结构微胶囊包封率高，具有较高的热能存储密度和光热转换效率。
技术介绍
随着世界人口的不断增长和能源的不断消耗，能源短缺问题越来越明显，太阳能作为最有前途的可再生能源之一，提高其存储技术以及利用效率已成为必然的发展趋势。利用新型相变复合材料进行太阳能转换是解决其时间和空间不连续性的有效方法，相变材料微胶囊以相变材料为芯材，高聚物等材料为壁材制备而成。芯材相变材料是一类在特定温度下，能够在发生相态转变的过程中吸收或释放大量潜热，从而实现温度调控的物质；壁材可以有效地解决相变材料泄露的问题，防止相变物质与周围环境的反应。相变材料微胶囊具有储能密度高、相变温度可调、性能稳定等优点，已被广泛应用于电子电器、节能建筑、航天航空等领域。目前，相变材料微胶囊在实际应用中仍面临着许多挑战，现有的微胶囊囊壁多为密胺树脂、脲醛树脂等高分子材料，难以降解且易受外界腐蚀。而低导热率和缺乏能量转化的能力已成为制约其应用的关键问题。研究者们通常会采用改进封装技术或在相变材料体系中掺杂高导热填料来改善该问题，碳纳米管、石墨、石墨烯、多孔碳等碳材料因具有优异的光吸收、导热和可修饰性能，目前已被广泛用于相变材料微胶囊的表面修饰来改善传热效率并赋予其光热转化效应。与上述碳材料相比，MXene是一类二维过渡金属碳化物/氮化物，一般通式为Mn+1XnTx，其中M为过渡金属元素，X为碳、氮、碳-氮混合物，Tx为表面官能团(-OH、-F等)，n为1、2或3。MXene具有高的比表面积、良好的金属导电性和亲水性等，其最大的优势在于自身完美的能量转换能力，在维持高吸光率的条件下拥有近乎100％的光热转化效率，同时可以将太阳光谱响应扩展到近红外区域，是目前光热转换储能研究领域最具潜力的材料之一。公开号为CN107384327A的中国专利文献公开了一种氧化石墨烯掺杂二氧化硅无机壁材包覆的有机相变材料微胶囊及其制备方法。该方法制备的相变材料微胶囊具有核一壳结构，芯材为有机相变材料，壁材为氧化石墨烯掺杂的二氧化硅。先通过乳化反应制备二氧化硅包覆有机材料的微胶囊，然后将氧化石墨烯溶液加入已制备好的微胶囊分散体系中进行氧化石墨烯的掺杂，掺杂的质量百分比为0.2％-10％。该方法所制备的相变材料微胶囊导热系数有所提高，具备光热转化效应，相变热流体在可见光范围内具有光吸收能力，但缺少对近红外光范围内光吸收性能的研究，并且两步法掺杂高导热填料步骤较为繁琐。单纯相变材料微胶囊的光吸收能力较弱，限制了其在直接能量转换中的应用。目前实现兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊的途径主要包括在微胶囊体系中掺杂高导热填料或采用具备光热转化效应的材料来改进封装技术。但是现有的相变材料微胶囊主要集中在于提高材料的导热性能，而忽略了对材料光热性能的研究，尤其是应用于提高相变材料微胶囊在全光谱范围内光吸收性能的技术手段较少。难以解决相变材料微胶囊较高封装率以及优异光热转化性能之间的矛盾，而采用MXene来封装相变微胶囊的工作还鲜有报道。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊及制备方法，解决现有兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊难以同时达到较高封装率以及优异光热转化性能的问题。技术方案一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊，其特征在于：胶囊囊芯为相变材料，囊壁的壁材为多壁结构；所述多壁结构的内部为一层聚二乙烯基苯高聚物壳层，外部为一层MXene壳层。所述相变材料为相转变温度从0℃到80℃，能进行微胶囊封装的蜡质材料。所述相变材料包括但不限于：十三烷，十八烷，二十烷，二十六烷，二十八烷，生物用切片石蜡中的至少一种或者几种组合。一种制备所述兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将42.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.54g1,1-二苯乙烯和480mL去离子水，通入氮气，在80℃水浴下，200rpm反应10分钟；将0.09g过硫酸钾溶解于120mL去离子水中，加入上述反应体系中继续在氮气氛围下聚合18小时；将所得的透明产物蒸馏并透析一周，得到浓缩的1,1-二苯乙烯封端的水解聚甲基丙烯酸缩水甘油酯D-PGMA溶液；步骤2：将步骤1得到的D-PGMA溶液1.0g，1.5g经碱性氧化铝柱纯化脱阻的二乙烯基苯，1.0g相变材料，20-50mg的MXene，15g的去离子水，在50-70℃水浴下，4000rpm高速剪切乳化1小时；之后通入氮气，在80℃水浴下，200rpm反应10-14小时；产物离心洗涤，冷冻干燥得到双层壁微胶囊。所述相变材料为相转变温度从0℃到80℃，能进行微胶囊封装的蜡质材料。所述相变材料包括但不限于：十三烷，十八烷，二十烷，二十六烷，二十八烷，生物用切片石蜡中的至少一种或者几种组合。有益效果本专利技术提出的一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊及制备方法，微胶囊囊芯是一种具有储热能力的相变材料；壁材为多壁结构，内部为一层聚二乙烯基苯高聚物壳层，主要用于封装相变材料；外部为一层MXene壳层，可用来提高微胶囊的封装率和储热能力，同时赋予其光热转换效应。制备采用一锅法在两亲性大分子1,1-二苯乙烯封端的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯和MXene协同稳定共存的体系中制备新型相变材料微胶囊。本专利技术的多壁结构微胶囊形状稳定、封装率高且具有较高的潜热存储密度和优异的光热转换性能，极大地丰富了相变材料微胶囊在太阳能利用等领域的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊的制备方法，以相变材料为芯材，依次包覆聚二乙烯基苯高聚物内壳层以及MXene外壳层。所制备的D-PGMA大分子带有亲水性的羟基侧链和疏水性的主链，既可以用作乳化剂来稳定整个乳液体系，又可以在高温状态下产生自由基作为引发剂来制备油/水体系中的聚合物颗粒，是与MXene共同构建长期协同稳定乳液体系的理想选择。在整个油/水体系中，D-PGMA大分子优先迁移到油水界面中，在界面处引发单体二乙烯基苯形成高聚物壳层作为微胶囊内壁封装相变芯材，可以有效地防止相变材料的泄露。然后水相中的MXene片扩散至界面，通过氢键有效地与D-PGMA相互作用并固定在界面上，最终会铺满整个聚合物壳层，形成MXene外壳。MXene外壳可以吸收部分可见光区和近红外光区的光源并将其高效地转化为热能，因其高导热性能可以快速地将热量传至相变材料微胶囊的内部，而芯材相变材料可以在发生相态转变过程中将这部分热能储存起来，从而达到兼具光热转换和储能性质的效果。因此，该方法制备的相变材料微胶囊形状稳定、封装率高且具有较高的潜热存储密度和优异的光热转换性能。...

【技术保护点】
1.一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊，其特征在于：胶囊囊芯为相变材料，囊壁的壁材为多壁结构；所述多壁结构的内部为一层聚二乙烯基苯高聚物壳层，外部为一层MXene壳层。/n

【技术特征摘要】
1.一种兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊，其特征在于：胶囊囊芯为相变材料，囊壁的壁材为多壁结构；所述多壁结构的内部为一层聚二乙烯基苯高聚物壳层，外部为一层MXene壳层。


2.根据权利要求1所述兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊，其特征在于：所述相变材料为相转变温度从0℃到80℃，能进行微胶囊封装的蜡质材料。


3.根据权利要求1或2所述兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊，其特征在于：所述相变材料包括但不限于：十三烷，十八烷，二十烷，二十六烷，二十八烷，生物用切片石蜡中的至少一种或者几种组合。


4.一种制备权利要求1～3所述任一项兼具光热转换和储能性质的相变材料微胶囊的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将42.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.54g1,1-二苯乙烯和480mL去离子水，通入氮气，在80℃水浴下，200rpm反应10分钟；
将0.09g...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋禹，蒙美玉，刘锦，陈志聪，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61