一种具有仿生结构的相变储热材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具有仿生结构的相变储热材料及其制备方法和应用，属于相变储热材料技术领域。本发明专利技术提供的相变储热材料包括复合芯和包覆于所述复合芯表面的壳层；所述复合芯包括多孔材料和填充于所述多孔材料的孔洞和间隙内的相变物质。本发明专利技术仿照西瓜、丝瓜等高含水量果实，借鉴这类果实内部的网络状的细胞质间壁结构，首先使相变物质填充多孔材料的孔洞和间隙，形成复合芯，然后借鉴高含水率果实的表皮结构，在复合芯的表面包覆一层壳层，通过多孔材料内部多孔网络吸附定形作用和壳层的的包覆作用协同固定相变物质，防止相变物质在固/液转变过程中的泄露；与此同时具有网络状结构的多孔材料也可以明显改善相变物质的导热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有仿生结构的相变储热材料及其制备方法和应用
本专利技术属于相变储热材料
，具体涉及一种具有仿生结构的相变储热材料及其制备方法和应用。
技术介绍
相变材料在发生物相转变(固/液、液/气等)时能吸收/放出大量热量，同时温度波动较小，因此利用相变材料的相变储能技术在热能的存储与利用方面有得天独厚的优势和广泛的应用前景。在实际使用的过程中，相变物质往往是经过封装后使用，比如将有机相变物质包覆成微小胶囊，如研究人员以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等有机聚合物为外壳材料，石蜡/烷烃脂肪酸等有机物封闭在内部形成储热微胶囊。申请号为201510143894.4的专利公开了以脂肪酸为芯材，以聚甲基丙烯酸甲酯为外壳，通过悬浮聚合、光固化等方法制备了有机外壳包覆的相变储热微小胶囊；崔锦峰(功能材料2016,1(47):01199-01202)公开了一种以聚苯乙烯为外壳材料的相变储热微小胶囊，其中有机外壳占比为25wt.％，相变储热微小胶囊的相变潜热为31.8J/g，热导率为0.02W/mK。以上方法的封装技术比较成熟，但包覆材料(即有机物外壳)在整体中所占的体积分数过高，导致相变物质的有效含量偏低；有机物外壳的热导率也不高，使用有机物外壳包覆相变物质，并不能提高相变物质的热响应速度。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，解决核壳结构相变储热材料中包覆材料在整体中所占的体积分数过高、相变物质热响应速度低的技术问题，本专利技术提供一种具有仿生结构的相变储热材料及其制备方法和应用。本专利技术通过以下技术方案予以实现。一种具有仿生结构的相变储热材料，它包括复合芯和包覆于所述复合芯表面的壳层，所述复合芯包括多孔材料和填充于所述多孔材料的孔洞和间隙内的相变物质。进一步地，所述相变物质为石蜡。进一步地，所述多孔材料为石墨泡沫或石墨烯泡沫，多孔材料的密度为0.1～0.5g/cm3，孔隙率为70～95％。进一步地，所述壳层的材质为氧化石墨烯。进一步地，所述复合芯的直径为20～50μm，所述壳层的厚度为10～100nm。进一步地，所述相变储热材料中相变物质的含量为50～80wt.％，所述相变物质和多孔材料的质量比为(1～9):1。一种具有仿生结构的相变储热材料的制备方法，包括以下步骤：首先，将多孔材料在液态的相变物质中进行浸渍或真空吸附，所得产物冷却后破碎，得到复合芯；然后，在制得的复合芯的表面沉积壳层，干燥后制得相变储热材料。进一步地，所述浸渍的环境压力≥0.08KPa，时间为2～8h；所述真空吸附包括依次进行的真空保温和保压；所述真空保温的环境压力≥0.06KPa，温度为80～120℃，保温时间为2～3h；保压的环境压力为0.3～0.5MPa，保压时间为2～3h。进一步地，所述壳层的沉积方法为：将壳层材料的水分散液包覆在所述复合芯表面；所述包覆的方法为喷淋或流态化包衣；所述壳层材料的水分散液的浓度为2～4mg/mL。如上所述的相变储热材料或所述制备方法制得的相变储热材料在太阳能、建筑、恒温干燥或电子器件热管理领域中的应用。与现有技术相比本专利技术的有益效果为：本专利技术仿照西瓜、丝瓜等高含水量果实，借鉴这类果实内部的网络状的细胞质间壁结构，首先使相变物质填充多孔材料的孔洞和间隙，形成复合芯，然后借鉴高含水率果实的表皮结构，在复合芯的表面包覆一层壳层。本专利技术通过多孔材料内部多孔网络吸附定形作用和壳层的的包覆作用协同固定相变物质，防止相变物质在固/液转变过程中的泄露，减少了相变物质的流失，保持了该相变材料较高的相变焓；与此同时具有网络状结构的多孔材料也可以明显改善相变物质的导热能力，有利于所得相变储热材料具有较高的热导率。实施例测试结果表明，本专利技术提供的相变储热材料中储热物质的含量达到50～78wt.％，储热物质含量高；热导率达到1.9～6.5W/mK，热导率高；60℃温度条件下放置200h后泄露率为1.8～4.1％，泄露率低。附图说明图1为具有仿生结构的相变储热材料的制备方法流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种具有仿生结构的相变储热材料，它包括复合芯和包覆于所述复合芯表面的壳层，所述复合芯包括多孔材料和填充于所述多孔材料的孔洞和间隙内的相变物质。在本专利技术中，所述相变物质优选为固液相变物质，更优选包括石蜡。在本专利技术中，所述石蜡的固/液相相变温度优选为30～80℃。在本专利技术中，所述多孔材料优选包括石墨泡沫或石墨烯泡沫。在本专利技术中，所述多孔材料的密度优选为0.1～0.5g/cm3，更优选为0.15～0.45g/cm3。在本专利技术中，所述多孔材料的孔隙率优选为70～95％，更优选为75～90％，最优选为85％。在本专利技术中，所述复合芯的直径优选为20～50μm；更优选为25～45μm。在本专利技术中，所述相变物质和多孔材料的质量比优选为(1～9)：1，更优选为(2～8)：1；所述相变储热材料中相变物质的含量优选为50～80wt.％，更优选为55～75wt.％。在本专利技术中，所述壳层的材质优选为氧化石墨烯。在本专利技术中，所述壳层的厚度优选为10～100nm，更优选为35～60nm。本专利技术还提供了上述技术方案所述相变储热材料的制备方法，包括以下步骤：将多孔材料在液态的相变物质中进行浸渍或真空吸附，所得产物冷却后破碎，得到复合芯；在所述复合芯表面沉积壳层后，进行干燥，得到所述相变储热材料。在本专利技术中，若无特殊说明，所述制备方法中各组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。本专利技术将多孔材料在液态的相变物质中进行浸渍或真空吸附，所得产物冷却后破碎，得到复合芯。本专利技术对所述浸渍没有特殊限定，以能够实现将相变物质填充入多孔材料的孔洞和孔隙为准。在本专利技术中，所述浸渍的环境压力优选≥0.08KPa，更优选为0.08KPa～0.3MPa；时间优选为2～8h，更优选为2～7h。在所述浸渍前，本专利技术还包括对所述相变物质进行融化，以保证所述相变物质为液态。在本专利技术中，所述真空吸附包括以下步骤：将多孔材料表面覆盖固态的相变材料，然后依次进行真空保温和保压。在本专利技术中，所述真空保温的环境压力优选≥0.06KPa，温度优选为80～120℃，保温时间优选为2～3h；保压的环境压力优选为0.3～0.5MPa，更优选为0.3～0.4MPa；保压时间优选为2～3h，更优选为2～2.5h。本专利技术对所述冷却没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却即可，具体的，如自然冷却。在本专利技术中，所述破碎优选为机械破碎、气流破碎或球磨。本专利技术对所述机械破碎、气流破碎或球磨的具体工艺没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的工艺即可。得到复合芯后，本专利技术在所述复合芯表面沉积壳层后，进行干燥，得到所述相变储热材料。在本专利技术中，所述壳层的沉积方法优选为：将壳层材料的水分散液包覆在所述复合芯表面。在本专利技术中，所述包覆的方法优选为喷淋或流态化包衣。在本专利技术中，所述壳层材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有仿生结构的相变储热材料，其特征在于：它包括复合芯和包覆于所述复合芯表面的壳层，所述复合芯包括多孔材料和填充于所述多孔材料的孔洞和间隙内的相变物质。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有仿生结构的相变储热材料，其特征在于：它包括复合芯和包覆于所述复合芯表面的壳层，所述复合芯包括多孔材料和填充于所述多孔材料的孔洞和间隙内的相变物质。


2.根据权利要求1所述的一种具有仿生结构的相变储热材料，其特征在于：所述相变物质为石蜡。


3.根据权利要求1所述的一种具有仿生结构的相变储热材料，其特征在于：所述多孔材料为石墨泡沫或石墨烯泡沫，多孔材料的密度为0.1~0.5g/cm3，孔隙率为70~95%。


4.根据权利要求1所述的一种具有仿生结构的相变储热材料，其特征在于：所述壳层的材质为氧化石墨烯。


5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种具有仿生结构的相变储热材料，其特征在于，所述复合芯的直径为20~50μm，所述壳层的厚度为10~100nm。


6.根据权利要求1所述的一种具有仿生结构的相变储热材料，其特征在于：所述相变储热材料中相变物质的含量为50~80wt.%，所述相变物质和多孔材料的质量比为(1~9):1。


7.一种如...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘占军，梁燕娟，陶则超，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14