一种高效能源汇聚与储存的仿生结构、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种高效能源汇聚与储存的仿生结构、其制备方法及应用。所述高效能源汇聚与储存的仿生结构包括透明隔热材料层、光热转化材料层和相变材料层，所述透明隔热材料层用以使阳光入射，又能防止汇聚的能量耗散，所述光热转化材料层能够吸收阳光并转化热量，所述相变材料层能够将能量储存。本发明专利技术分别选用三种协同性优异的高透明隔热材料、高效光热转化材料、相变储能材料，实现了特定场景下温度的有利调控，具体表现为寒冷环境中体系温度更高，达到优异的保温效果；寒冷环境中相同太阳照射时间下，能维持人体舒适性温度的时间更长，从而达到该结构高效能源汇聚与储存的设计目的，提升结构设计的价值，大大拓宽绿色环保的可行性。的可行性。的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种高效能源汇聚与储存的仿生结构、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种仿生结构，尤其涉及一种高效能源汇聚与储存的仿生结构、其制备方法及在热管理中的应用，属于能源及碳减排研究


技术介绍

[0002]当前温室效应加剧，生产、生活能耗不断加大，自然资源逐渐枯竭，人类面临着众多全球性能源挑战。
[0003]除了节约能源、开发新能源外，高效储能成为一种清洁、稳定的选择方案而受到人们的广泛关注。其中，相变储能材料(在温度变化作用下，一种因相态转化而发生热量吸收、存储与释放过程的物质)集稳定的化学性、环境友好性、易储存性、高经济性等优势于一体，可对环境体系温度进行调控，大大提高能源利用率，应用于建筑、采暖、汽车等领域。
[0004]基于此，热管理因其无能耗、局域温度调节能力强等优势成为当前节能减排的研究热点。新型绿色的热管理材料的结构设计对降低能耗、实现全球环保化具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种高效能源汇聚与储存的仿生结构及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0006]本专利技术的另一目的还在于提供所述高效能源汇聚与储存的仿生结构的应用。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术实施例提供了一种高效能源汇聚与储存的仿生结构，其包括：沿设置方向依次层叠设置的透明隔热材料层、光热转化材料层和相变材料层，其中，所述透明隔热材料层至少用以使阳光入射，又能防止汇聚的能量耗散，所述光热转化材料层至少能够吸收阳光并转化热量，所述相变材料层至少能够将能量储存。
[0009]本专利技术实施例还提供了一种高效能源汇聚与储存的仿生结构的制备方法，其包括：
[0010]将相变材料热压成型，形成作为底层的相变材料层；
[0011]在所述相变材料层上设置光热转化材料层；
[0012]在所述光热转化材料层上设置透明隔热材料层，获得高效能源汇聚与储存的仿生结构。
[0013]本专利技术实施例还提供了所述高效能源汇聚与储存的仿生结构于热管理领域中的应用。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0015]本专利技术分别选用三种协同性优异的高透明隔热材料、高效光热转化材料、相变储能材料，实现了特定场景下温度的有利调控，具体表现为寒冷环境中体系温度更高，达到优异的保温效果；寒冷环境中相同太阳照射时间下，能维持人体舒适性温度的时间更长，从而达到该结构高效能源汇聚与储存的设计目的，提升结构设计的价值，大大拓宽绿色环保的
可行性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例1中透明度为95％、热导率为0.025W/m
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K、1厘米厚氧化硅气凝胶 /3毫米油漆板/1厘米厚正十八烷为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的机理图及实物图；
[0018]图2为本专利技术实施例1中透明度为95％、热导率为0.025W/m
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K、1厘米厚氧化硅气凝胶 /3毫米油漆板/1厘米厚正十八烷为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例2中透明度为90％、热导率为0.010W/m
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K、10厘米厚氧化硅气凝胶/1毫米碳纳米管薄膜/8厘米厚十水硫酸钠为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0020]图4为本专利技术实施例3中透明度为88％、热导率为0.010W/m
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K、10厘米厚氧化硅气凝胶/1毫米碳纳米管薄膜/10厘米厚石蜡为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0021]图5为本专利技术实施例4中透明度为90％、热导率为0.020W/m
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K、3厘米厚氧化铝气凝胶 /1毫米碳纳米管薄膜/10厘米厚石蜡为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0022]图6为本专利技术实施例5中透明度为90％、热导率为0.020W/m
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K、10厘米厚氧化铝气凝胶/1毫米碳纳米管薄膜/10厘米厚石蜡为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0023]图7为本专利技术实施例6中透明度为90％、热导率为0.030W/m
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K、10厘米厚氧化铝气凝胶/3毫米碳纳米管薄膜/10厘米厚石蜡为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0024]图8为本专利技术实施例7中透明度为90％、热导率为0.010W/m
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K、10厘米厚氧化硅气凝胶/1毫米碳纳米管薄膜/10厘米厚石蜡为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0025]图9为本专利技术实施例8中透明度为80％、热导率为0.040W/m
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K、1厘米厚纤维素气凝胶/3毫米炭黑板/1厘米厚正十六烷为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0026]图10为本专利技术实施例9中透明度为85％、热导率为0.030W/m
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K、1厘米厚弹性体隔热材料/3毫米织物基光热转化材料/1厘米厚正十四烷为三层结构的高效能量汇集与储存的仿生结构的示意图；
[0027]图11为本专利技术实施例10中透明度为70％、热导率为0.050W/m
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K、1厘米厚纳米陶瓷材料/3毫米非织造光热转化材料/1厘米厚正十二烷为三层结构的高效能量汇集与储存
的仿生结构的示意图；
[0028]图12为对照例1中1毫米碳纳米管薄膜/10厘米厚石蜡为两层结构的示意图；
[0029]图13为对照例2中透明度为90％、热导率为0.010W/m
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K、10厘米厚氧化硅气凝胶/10 厘米厚石蜡为两层结构的示意图；
[0030]图14为对照例3中透明度为90％、热导率为0.010W/m
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K、10厘米厚氧化硅气凝胶/1毫米碳纳米管薄膜为两层结构的示意图。
具体实施方式
[0031]为了响应当前全球节能减排的举措、以及突破传统材料自身热管理性能差的局限，本案专利技术人经长期研究和大量实践，提出了本专利技术的设计思路与方案，其主要是提出一种高效能源汇聚与储存的仿生结构，通过结构的创新设计，构筑出新型绿色热管理材料，发挥高效的汇聚与储存能源功能，解决当前因制冷、供暖而引发的过度耗能及环保问题。
[0032]体现本专利技术特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本申请。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效能源汇聚与储存的仿生结构，其特征在于，包括沿设置方向依次层叠设置的透明隔热材料层、光热转化材料层和相变材料层，其中，所述透明隔热材料层至少用以使阳光入射，又能防止汇聚的能量耗散，所述光热转化材料层至少能够吸收阳光并转化热量，所述相变材料层至少能够将能量储存。2.根据权利要求1所述的高效能源汇聚与储存的仿生结构，其特征在于：所述透明隔热材料层的透明度为50～98％，厚度为0.1～20cm，热导率为0.010～0.080W/m
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K；和/或，所述透明隔热材料层的材质包括氧化物气凝胶、氮化物气凝胶、碳化物气凝胶、纤维素气凝胶、有机复合气凝胶、有机无机杂化气凝胶、弹性体隔热材料、纳米陶瓷材料中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述氧化物气凝胶包括氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述氮化物气凝胶包括氮化硼气凝胶、氮化碳气凝胶中的任意一种或两种的组合；优选的，所述碳化物气凝胶包括碳化硅气凝胶；优选的，所述有机复合气凝胶包括聚酰亚胺气凝胶/芳纶复合物；优选的，所述有机无机杂化气凝胶包括无机粒子/酚醛树脂复合气凝胶。3.根据权利要求1所述的高效能源汇聚与储存的仿生结构，其特征在于：所述光热转化材料层的材质包括石墨烯、石墨烯基复合材料、氧化石墨烯基材料、氧化石墨烯基改性材料、碳纳米管薄膜、碳纳米管薄膜复合材料、炭黑、油漆、导电高分子、纤维素基光热转化材料、木基光热转化材料、织物基光热转化材料、非织造光热转化材料中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述光热转化材料层的厚度为100μm～5mm。4.根据权利要求1所述的高效能源汇聚与储存的仿生结构，其特征在于：所述相变材料层的厚度为1～20cm；和/或，所述相变材料层的材质包括有机相变材料、无机相变材料中的任意一种或两种的组合；优选的，所述有机相变材料包括石蜡、正十二烷、正十四烷、正十六烷、正十八烷、聚乙二醇600、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇20000、聚乙二醇40000、乙酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸中的任意一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锦，王静，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：