石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料的制备制造技术

本发明专利技术公开一种通过化学气相沉积和冷冻干燥过程合成三维网络状石墨烯泡沫

【技术实现步骤摘要】
石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料的制备


[0001]本专利技术属于一种可用作储热调温相变材料的石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，特别涉及通过化学气相沉积和冷冻干燥过程合成三维网络状石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合碳材料包覆的石蜡的有机/无机复合材料制备方法。

技术介绍

[0002]热能存储是提高节能效率的一种重要方法，并且在太阳能热能存储，温度调节药物释放系统，特定疗法的热管理系统，废热回收，电池热管理系统等。在热能存储方法中，使用相变材料(PCM)进行热能存储特别吸引人，因为它们具有高的能量存储密度。PCM在物理阶段可以在恒定温度下吸收/释放大量热能。根据相变状态的不同，PCM可以分为固-固，固-液，液-气三种类型。PCM基于化学成分，分为无机材料和有机材料。无机PCM显示出高的体积能量存储密度，阻燃性和相对较高的热导率。然而，无机PCM的大规模应用受到过冷和相分离的限制，这限制了即时释放和及时利用能量。另一方面，有机相变材料没有相分离和过冷现象，但是它们的导热系数很低，这会导致较大的温度梯度和对温度变化的敏感性。此外，在相变期间的泄漏问题也是有机PCM的严重问题。过去，已经做出许多努力来克服与两种类型的PCM相关的上述挑战。例如，已经采用了各种传统方法，例如导热填料和三维骨架的建构的减轻了有机PCM的缺点。但是，由于存在惰性物质，这些努力将不可避免地降低PCM的储能密度。因此，低导热率和泄漏问题是其广泛应用的瓶颈。
[0003]采用真空浸渍的方法，以石墨烯泡沫、石墨烯气凝胶、氮化硼气凝胶等具有孔洞的无机材料作为支撑载体与有机相变功能材料混合，可制得有机/无机复合相变材料(Energy Environ.Sci.,2014,7,1185)。但是，无论是采用真空浸渍法、溶液浸渍法还是熔融浸渍法，都难以得到热导率与负载量同时很高的定形相变材料，因为上述方法所采用的三维骨架网络有的本身热导率较低，有的对相变材料的负载量较低，致使相变功能材料含量不高，相变焓值也就不高，导热率也不高。
[0004]虽然石墨烯气凝胶对相变材料具有极高的负载量，但是复合PCM的导热系数相对较低。相反的是，以石墨烯泡沫为骨架得到的复合相变材料具有很高的导热系数，但是由于它本身高达200μm的巨大孔径，很难对相变材料具有高的负载量。所以，综合考虑，我们以石蜡为相变功能材料，采用化学气相沉积和冷冻干燥过程制备石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶两种三维网络复合材料，以及通过真空浸渍石蜡可制得同时高导热且高负载量的复合相变材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了通过化学气相沉积和冷冻干燥过程合成以石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶为支撑载体复合相变材料的制备方法，以石蜡为相变功能材料，通过真空浸渍石蜡可制得有机复合相变材料。
[0006]合成石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料包括以下步骤：
[0007](1)通过化学气相沉积在泡沫镍上沉积石墨烯泡沫。
[0008](2)将石墨烯泡沫浸入氧化石墨烯溶液中，然后冷冻干燥得到石墨烯泡沫-氧化石墨烯气凝胶复合物。
[0009](3)将(2)中所得石墨烯泡沫-氧化石墨烯气凝胶复合物高温还原得到石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合材料，浸入盐酸中刻蚀掉泡沫镍，得到石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合材料。
[0010](4)将(3)中所得石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合物与石蜡以体积比大于1：3混合，通过真空浸渍相变材料的方式得到石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料。
[0011]进一步地，刻蚀石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合材料中的泡沫镍所采用的酸为盐酸，浓度约为2-4mol/L。
[0012]进一步地，所制备石蜡/泡沫石墨烯复合相变材料所采用的石蜡分子量介于5000-1000范围。
[0013]进一步地，所述步骤(2)中高温还原采用的温度约为400-800℃，还原时间2～4小时(h)。
[0014]进一步地，所述步骤(4)真空浸渍采用的温度约为60-100℃，浸渍时间12-24小时(h)。
[0015]进一步地，所述步骤(4)中制备的石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料中石蜡质量百分含量介于80-98％。
[0016]本专利技术所涉及试剂价廉易得、工艺条件要求低，所制备的石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料为块状物质，具有无泄漏、高导热等特点，可用作建筑材料、工业设备等方面的储热调温相变材料。
[0017]本方法构筑的复合相变材料中，由于三维骨架网络本身的化学稳定性高，导热性能好，使得最终的复合相变材料稳定性好，对相变材料负载量高，导热性能相比于石蜡有了极大的提升，可用于对建筑材料、工业设备、电池等储热调温。
附图说明
[0018]图1PW/GF-GA5的差示扫描量热曲线。
[0019]图2PW/GF-GA10的差示扫描量热曲线。
具体实施方式
[0020]实施例1
[0021](1)取1
×2×
0.6cm大小的泡沫镍于化学气相沉积炉中，在体积比Ar:H2＝5:2的气氛下，升温至1015℃下，通入CH4(H2与CH4体积比为20),保温15mim。
[0022](2)在(1)得到的石墨烯泡沫(GF)浸入5mg/mL的氧化石墨烯(片径2-5μm)溶液中，60℃下浸泡12h。
[0023](3)将(2)中得到的石墨烯泡沫(GF)-氧化石墨烯水凝胶复合物真空下冷冻干燥48h(-60℃，70Pa)。
[0024](4)将(3)得到的石墨烯泡沫-氧化石墨烯气凝胶(GF-GA5)(含Ni基底)复合物于400℃下，通入Ar气，加热4h。
[0025](5)将(4)所得石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶(GF-GA5)(含Ni基底)置入2mol/L的HCl溶液中，60℃下浸泡24h。
[0026](6)将(5)所得石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶(GF-GA5)与石蜡(PW)以体积比1：3混合置入烧杯中，所用石蜡分子量为5000，80℃下真空浸渍24h。
[0027]本专利技术石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶(PW/GF-GA5)复合相变材料为黑色块状材料，其中石蜡质量百分数约占95％，纯的石蜡相变焓为205J g-1
。导热系数高达1.9W m-1
K-1
(远高于石蜡的0.2W m-1
K-1
)，其差示扫描量热曲线如图1所示。
[0028]实施例2
[0029](1)取一片1
×2×
0.6cm大小的泡沫镍于化学气相沉积炉中，在体积比
[0030]Ar:H2＝5:1的气氛下，升温至1050℃下，通入CH4(H2与CH4体积比为100),保温20min。
[0031](2)在(1)得到的石墨烯泡沫(GF5)浸入10mg/mL的氧化石墨烯(片径2-5μm)溶液中，50℃下浸泡24h。
[0032](3)将(2)中得到的石墨烯泡沫(GF5)-氧化石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：(1)通过化学气相沉积在泡沫镍上沉积石墨烯泡沫；(2)将沉积后的石墨烯泡沫浸入氧化石墨烯溶液中，然后冷冻干燥得到石墨烯泡沫-氧化石墨烯气凝胶复合物；(3)将(2)中所得石墨烯泡沫-氧化石墨烯气凝胶复合物高温还原得到石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合材料，浸入盐酸中刻蚀掉泡沫镍，得到石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合材料；(4)将(3)中所得石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合物与石蜡混合，通过真空浸渍相变材料的方式得到石蜡/石墨烯泡沫-石墨烯气凝胶复合相变材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)的具体过程和条件为取块状泡沫镍于化学气相沉积炉中，在体积比Ar:H2＝2-5的气氛下，升温至1015℃-1050℃下，通入CH4(H2与CH4体积比值为20-100),保温10-20min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)的具体过程和条件为将石墨烯泡沫浸入2-10mg/ml的氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：史全，刘汉卿，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：