一种柔性相变复合材料及其制备方法技术

技术编号:35866925 阅读:15 留言:0更新日期:2022-12-07 10:59
本发明专利技术涉及一种柔性相变复合材料及其制备方法。本发明专利技术利用纳米纤维素/MXene/四氧化三铁共同稳定石蜡液滴,经高速剪切后得到稳定的Pickering乳液;再结合紫外光引发自由基聚合技术得到结构中镶嵌着石蜡微球的柔性聚丙烯酰胺相变复合材料。其中石蜡被封装在纳米纤维素/MXene/四氧化三铁复合壳中,改善石蜡的结构稳定性。相变石蜡微球填充在柔性的聚丙烯酰胺基体中,赋予相变材料优异的柔韧性。本发明专利技术制备过程简单,制得的相变复合材料能收集大量的废热并将其储存起来,与热电发电机结合,输出电压达到550

【技术实现步骤摘要】
一种柔性相变复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于废热利用和热能储存应用
,特别是涉及一种柔性相变复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近几十年来,随着全球人口增长、石油资源不断地消耗,造成了严重的资源短缺和生态破坏。在工业生产和日常生活中,发电站、重型设备、车辆和电子产品的使用过程中会产生大量的废热。然而,这些废热往往直接排放到环境中而没有被进一步利用。因此,将这些废热回收并进一步利用,有助于缓解能源危机和减轻环境污染。
[0003]相变材料在可逆的相变过程中可以吸收废热、储存热能和释放潜热,极大地促进热能储存、废热利用和热电转换技术的发展。相比于无机盐类和金属/合金类相变材料,有机相变材料具有化学稳定性高、腐蚀性弱、过冷度低和相变温度范围广等优点,被广泛应用于废热利用、太阳能转化及储存、建筑节能和电子设备热管理等领域。特别是储能密度高、无毒、可重复利用的石蜡被认为是最有前途的储能材料之一。
[0004]然而,有机相变材料仍然存在泄漏和低导热性问题,这些缺陷导致效率低,以及存在安全隐患,阻碍有机相变材料的普及和实际应用。近年来,研究者们将固

液有机相变材料通过毛细管作用力吸附到多孔材料中,解决泄露问题。例如,专利申请202011088348.2中公开了石蜡/石墨烯泡沫

石墨烯气凝胶复合相变材料的制备,主要经过真空冷冻干燥和高温还原制备多孔的石墨烯泡沫

石墨烯气凝胶复合材料,并在加热条件下真空浸渍得到石蜡/石墨烯泡沫<br/>‑
石墨烯气凝胶复合相变材料。但是,制得的相变复合材料柔韧性差,延展性低,难以应用到电子设备的曲面上甚至可穿戴系统中;并且在相变过程中受到挤压时容易塌陷导致泄漏,承载能力差。此外,专利申请202111272852.2中公开了一种高潜热柔性复合相变材料及其制备方法,主要通过真空浸渍方法将相变材料吸附到纤维素膜的孔道结构中,再采用聚丙烯酸类成膜剂对该膜进行封装,得到柔性的相变复合材料。但是,相变材料的吸附量在很大程度上由孔容量决定,而多孔膜的制备工艺复杂且造价往往偏高,不利于后续工业放大和推广。除此之外,将有机相变材料封装在核

壳结构的微胶囊中,同样可以改善有机相变材料的结构稳定性。例如,专利申请202011182160.4中公开了一种微胶囊相变储能材料及其制备方法,以相变材料为芯材、金属基多孔配位聚合物为壳材,得到微胶囊相变储能材料。但是,得到的形变复合材料硬度大和柔韧性差,并且制备技术相对复杂、有毒、生物相容性差且对环境不友好。
[0005]将有机相变复合材料与温差发电机结合,可以有效地将储存的热能转化为电能,提高废热的利用效率,有利于推动新能源相关技术的发展。Yongyu Lu等人报道了一种NdFeB@Ag硬磁粒子/石蜡相变复合材料,该相变复合材料吸收热能后与温差发电片结合,供电持续时间为4min,输出最大电压和电流分别为390mV和130mA。但是,NdFeB@Ag硬磁粒子/石蜡相变复合材料的制备工艺繁琐,需要在NdFeB颗粒表面镀一层银,成本高;得到的相变复合材料硬度大、延展性低和柔韧性差,不适用于柔性电子产品和可穿戴设备等领域的应
用;并且输出的电压和电流偏低。因此,为了提高废热的利用和热电转化效率,通过简便、绿色环保的方法制备高柔韧性的相变复合材料仍是一个挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种柔性相变复合材料及其制备方法,以解决上述现有技术存在的问题,改善相变复合材料的柔韧性和提高废热的利用。
[0007]为实现上述目的,本专利技术提供了如下方案:本专利技术第一方面提供了一种柔性相变复合材料的制备方法,包括以下步骤:步骤1,制备Pickering乳液:将纳米纤维素、导热填料、丙烯酰胺、四氧化三铁和抗冻剂混合得到均匀的水分散液,按不同水油体积比与石蜡混合,高速剪切后得到Pickering乳液;步骤2,制备柔性相变复合材料:添加引发剂和交联剂,在紫外灯照射下,所述Pickering乳液中的丙烯酰胺发生聚合,得到相变复合材料。
[0008]作为优选地,步骤1中所述导热填料包括MXene、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯、生物质衍生碳、碳纤维、氮化硼和金属中的一种或多种。最优选地,所述导热填料选自MXene。
[0009]作为优选地,步骤1中所述抗冻剂包括甘油、异丙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、山梨糖醇和二甲基亚砜中的一种或多种。最优选地,所述抗冻剂选自甘油。
[0010]作为优选地,步骤1中所述水分散液中,所述纳米纤维素的浓度为0.3

1.5wt%,导热填料的浓度为0.5

10.0wt%,丙烯酰胺的浓度为15

50wt%,四氧化三铁的浓度为0.5

10.0wt%,抗冻剂的浓度为10

50wt%。
[0011]作为优选地,步骤1中所述纳米纤维素包括从植物原料和细菌中提取的纤维素纳米晶和纤维素纳米纤丝中的一种或两种。
[0012]作为优选地,步骤1中所述不同水油体积比为6

40:1。
[0013]作为优选地,步骤2中所述引发剂包括2,2

氮杂双(2

咪唑啉)二盐酸盐、偶氮N

取代脒丙烷盐酸盐、偶氮二异丁腈、偶氮二氰基丙烯酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或多种。
[0014]作为优选地,步骤2中所述交联剂包括N,N

亚甲基双丙烯酰胺、N

羟甲基丙烯酰胺、溴乙酸中的一种或多种。
[0015]作为优选地,步骤2中所述引发剂的质量为0.01

0.5g,交联剂的质量为0.01

0.5g。
[0016]作为优选地,步骤2中所述紫外灯的功率为50

300W,照射时间为3

120min。
[0017]本专利技术第二方面提供了根据上述制备方法制备得到的柔性相变复合材料。
[0018]本专利技术第三方面提供了上述柔性相变复合材料在废热利用和能量储存领域中的应用。
[0019]本专利技术的技术构思:本专利技术借助于纳米纤维素/MXene/四氧化三铁稳定的Pickering乳液法和紫外光引发自由基聚合技术,可以快速简便地制得柔性的相变复合材料。其中石蜡被封装在纳米纤维素/MXene/四氧化三铁复合壳中,提高石蜡的结构稳定性;得到的石蜡微球进一步封装
在柔性的聚丙烯酰胺基体中,赋予相变材料优异的柔韧性。这种Pickering乳液技术和紫外光引发聚合的方法在制备柔性相变复合材料方面具有工艺简便快速的特点,具有实际推广意义。
[0020]本专利技术中纳米纤维素/MXene/四氧化三铁纳米粒子不可逆地吸附在石蜡

水相的界面,稳定石蜡乳滴,形成核壳结构,使相变复合材料具有优异的结构稳定本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性相变复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,制备Pickering乳液:将纳米纤维素、导热填料、丙烯酰胺、四氧化三铁和抗冻剂混合得到均匀的水分散液,按不同水油体积比与石蜡混合,高速剪切后得到Pickering乳液;步骤2,制备柔性相变复合材料:添加引发剂和交联剂,在紫外灯照射下,所述Pickering乳液中的丙烯酰胺发生聚合,得到相变复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1中所述抗冻剂包括甘油、异丙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、山梨糖醇和二甲基亚砜中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1中所述导热填料包括MXene、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯、生物质衍生碳、碳纤维、氮化硼和金属中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1中所述水分散液中,所述纳米纤维素的浓度为0.3

1.5wt%,导热填料的浓度为0.5

10.0wt%,丙烯酰胺的浓度为15

50wt%,四氧化三铁的浓度为0.5

10.0...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈港贺莹莹陈瑾轩叶芷欣王淳玉
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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