石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法和装置，一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，包括以下步骤：S1.制备聚氨酯海绵与炭黑的结合体：取炭黑分散在去离子水中，将聚氨酯海绵浸没在炭黑的去离子水分散液中，将聚氨酯海绵取出后干燥，得到聚氨酯海绵与炭黑的结合体；S2.对聚氨酯海绵与炭黑的结合体进行第一次放电加工，得到第一中间产物。所述石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，满足了石墨烯基聚乙二醇相变材料制备过程的高效、低成本、高稳定性、工艺简单、无二次污染的需求，所述石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备装置，结构简单，能够实现快速、大面积制备石墨烯基聚乙二醇相变材料。墨烯基聚乙二醇相变材料。墨烯基聚乙二醇相变材料。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法和装置


[0001]本专利技术涉及多孔材料制备
，尤其涉及一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法和装置。

技术介绍

[0002]相变材料被广泛用于大规模热量管理与存储热能潜热相变领域中。所谓相变材料，是指温度不变的情况下，能改变物理状态并能提供潜热的物质。转变物理状态的过程称为相变过程，该过程中相变材料将吸收或释放大量的潜热。由于相变材料的高存储密度和等温特性，使用相变材料实现的潜热热能存储是最有效的热能存储技术之一，将其应用在对电子设备进行热管理中，能够大幅度延长电子设备的使用寿命。在碳材料中，石墨烯作为典型的二维材料，具有完美的大π共轭体系和最薄的单原子层厚度，是多功能聚合物的理想填充材料，在电子器件、智能材料、能量储存、复合材料等领域具有广阔的应用市场。而聚乙二醇具有众多优越的特性，包括高相变焓、化学和热稳定性、生物降解性、无毒、无腐蚀性、低蒸气压和合适的熔融温度，将石墨烯纳米片与聚乙二醇结合起来，能够结合二者的优势，是有机相变材料的理想组成材料。
[0003]然而，石墨烯填料与聚乙二醇等聚合物的简单堆砌与混合并无法充分发挥此类相变材料的理想性能。在已有的石墨烯三维骨架制备方法中，主要包括：(1)凝胶溶胀法，该法需要加入交联剂，因此降低了石墨烯骨架的热学和电学性能，限制了其应用；(2)化学气相沉积法，该法需要应用铜或镍为自牺牲模板，将石墨烯生长在金属模板的构架上，金属模板再通过后续酸液刻蚀去除，然而，刻蚀去除金属框架的过程容易造成石墨烯失去依附而破坏石墨烯的三维结构。在已公开专利中，如中国专利CN109232013A公开了一种石墨烯骨架的制备方法，通过搅拌引入大量微气泡，然后进行加热还原反应，再在低温下进行冷冻，再在高温下进行解冻，最后干燥得到大尺寸含有石墨烯骨架的泡沫板。再如中国专利CN104291324A公开了在溶液中对包覆在泡沫镍上的氧化石墨烯进行还原，再通过金属腐蚀移除镍模板，处理之后得到石墨烯骨架。尽管这些方法有望获得结构较好的石墨烯骨架材料，但离高效、低成本、高稳定性、工艺简单的三维石墨烯骨架制备技术还有一段距离。因此，亟需研发快速、大面积、低成本的石墨烯骨架的制备方法，并应用于相变材料等石墨烯基聚合物的性能强化中。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，满足了石墨烯基聚乙二醇相变材料制备过程的高效、低成本、高稳定性、工艺简单、无二次污染的需求，解决了现有石墨烯基聚乙二醇相变材料生产方法生产效率低、稳定性差和不环保的问题；
[0005]本专利技术的另一目的在于提出一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备装置，结构简单，能够实现快速、大面积制备石墨烯基聚乙二醇相变材料，解决了现有石墨烯基聚乙二醇
相变材料生产装置生产效率低的问题。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1.制备聚氨酯海绵与炭黑的结合体：取炭黑分散在去离子水中，将聚氨酯海绵浸没在炭黑的去离子水分散液中，将聚氨酯海绵取出后干燥，得到聚氨酯海绵与炭黑的结合体；
[0009]S2.对聚氨酯海绵与炭黑的结合体进行第一次放电加工，得到第一中间产物；
[0010]S3.将第一中间产物、聚乙二醇和氧化镁超声混合，得到第二中间产物；
[0011]S4.对第二中间产物进行第二次放电加工，得到第三中间产物；
[0012]S5.对第三中间产物进行酸洗，得到第四中间产物，然后对第四中间产物进行干燥处理；
[0013]S6.向第四中间产物注入聚乙二醇，在模具中搅拌后干燥，制得石墨烯基聚乙二醇相变材料。
[0014]更进一步说明，所述步骤S1中，炭黑的去离子水分散液中炭黑的浓度为1～5mg/mL。
[0015]更进一步说明，所述步骤S2中，在氩气气氛下进行第一次放电加工，且进行第一次放电加工的放电电压为100～300V，放电电容为100～300mF。
[0016]更进一步说明，所述步骤S3中，将第一中间产物、聚乙二醇和氧化镁超声混合具体包括以下步骤：
[0017]S31.将氧化镁与聚乙二醇在超声中混合5～20min，得到氧化镁与聚乙二醇的混合物；
[0018]S32.将氧化镁与聚乙二醇的混合物注入第一中间产物中，在超声中混合5～10min，得到第二中间产物。
[0019]更进一步说明，所述步骤S31中，所述氧化镁和聚乙二醇的质量比为1：(5～10)；
[0020]所述步骤S32中，所述氧化镁与聚乙二醇的混合物和第一中间产物的质量比为1：(0.3～0.5)。
[0021]更进一步说明，所述步骤S4中，在空气气氛下进行第二次放电加工，且进行第二次放电加工的放电电压为200～400V，放电电容为150～360mF。
[0022]更进一步说明，所述步骤S5中，对第三中间产物进行酸洗具体采用浓度为2～2.5mol/L的稀盐酸。
[0023]更进一步说明，所述步骤S6中，在模具中搅拌后干燥的干燥过程具体为：将注入聚乙二醇的第四中间产物在真空烘箱中干燥至恒重，干燥温度为50～70℃。
[0024]更进一步说明，所述步骤S6中，所述第四中间产物和聚乙二醇的质量比为1：(5～15)。
[0025]一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备装置，用以实现所述的石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，包括放电室、电气柜和控制器，所述放电室内设有石英管，所述石英管的两端分别设有电极；
[0026]所述电气柜内设有充电电源和电容器组，所述电容器组与所述电极电气相连，所述充电电源与所述电容器组电连接，所述控制器与所述充电电源电连接；
[0027]所述放电室还连接有真空泵和供气装置。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]1、通过本专利技术石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，可以将聚氨酯海绵和聚乙二醇原位转化为石墨烯片，原材料成本低，工艺简单；
[0030]2、通过瞬时放电加工为相变材料中石墨烯骨架和聚乙二醇之间构筑了牢固的界面，由于在第二次放电加工中，产生了具有大量微孔的弹性多孔三维石墨烯骨架，多孔结构允许聚乙二醇(聚合物)充分进入和填充，使得石墨烯骨架与聚合物充分结合，此外，在第二次放电加工中，与三维石墨烯骨架接触的聚乙二醇转变为石墨烯纳米片，该石墨烯层纳米片作为中介，利用范德华力重新使没转化的聚乙二醇和石墨烯骨架牢固结合在一起；
[0031]3、通过瞬时放电加工有效防止了石墨烯纳米片的团聚，石墨烯是比表面积非常大的二维材料，片层之间由于广泛存在的范德华力，现有技术中，将石墨烯掺入聚合物中，往往用的是搅拌、超声分散的工艺，很难完全克服范德华力，而本专利技术中，在第二次放电加工时，三维骨架为石墨烯和石墨碳的共同框架充当导电物质，电荷沿着共同框架的网络移动，使得瞬间产生极大冲击力(库仑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备聚氨酯海绵与炭黑的结合体：取炭黑分散在去离子水中，将聚氨酯海绵浸没在炭黑的去离子水分散液中，将聚氨酯海绵取出后干燥，得到聚氨酯海绵与炭黑的结合体；S2.对聚氨酯海绵与炭黑的结合体进行第一次放电加工，得到第一中间产物；S3.将第一中间产物、聚乙二醇和氧化镁超声混合，得到第二中间产物；S4.对第二中间产物进行第二次放电加工，得到第三中间产物；S5.对第三中间产物进行酸洗，得到第四中间产物，然后对第四中间产物进行干燥处理；S6.向第四中间产物注入聚乙二醇，在模具中搅拌后干燥，制得石墨烯基聚乙二醇相变材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，炭黑的去离子水分散液中炭黑的浓度为1～5mg/mL。3.根据权利要求1所述的石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，在氩气气氛下进行第一次放电加工，且进行第一次放电加工的放电电压为100～300V，放电电容为100～300mF。4.根据权利要求1所述的石墨烯基聚乙二醇相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，将第一中间产物、聚乙二醇和氧化镁超声混合具体包括以下步骤：S31.将氧化镁与聚乙二醇在超声中混合5～20min，得到氧化镁与聚乙二醇的混合物；S32.将氧化镁与聚乙二醇的混合物注入第一中间产物中，在超声中混合5～10min，得到第二中间产物。5.根据权利要求4所述的石墨烯基聚乙二醇相变...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，罗翔远，丁树权，林灿光，高增光，陈新，陈桪，高健，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：