一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料及其制备方法技术

本申请公开了一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：步骤1、以ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料及其制备方法


[0001]本申请涉及复合相变材料
，更具体地，涉及一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业化的快速发展，在矿物能源(如煤炭，天然气，石油等)面临枯竭危机的同时，环境污染问题也愈发严重。相变材料具有高的储能密度、低的温域变化等优点，在提高能源使用效率和开发新能源等方面引起了广泛关注。特别是，具有能量转换功能的新型复合相变材料可以有效地实现能量转换和存储。而在各种能源中，太阳能是最具潜力的可再生清洁能源，所以光热转换复合相变材料是能源转换中研究最频繁的一种复合相变材料。将具有局部表面等离子共振效应的纳米粒子与相变材料结合制备复合相变材料，利用复合相变材料进行热能的存储和释放是解决热能供求之间空间和时间不匹配问题的有效办法、是提高能源使用效率的重要手段之一。
[0003]由于固有的弱光子捕获能力，传统的相变材料无法有效的捕获光能并实现光热转换，因此将具有光捕获能力的纳米粒子引入相变材料实现光热转换的方法受到广泛关注。专利CN110257019A公开了一种Ti2O3纳米粒子与相变材料结合制备具有光热转换功能的复合相变材料的制备方法。专利CN106010458A公开了一种以Cu
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CuO2/CNT为壳层，包覆石蜡形成微胶囊用于光热转换的复合相变储能材料及其制备方法。然而以上复合相变材料是直接将纳米粒子添加到载体材料中或是在溶液中合成，但由于纳米粒子间较强的范德华力以及化学键的作用，直接加入或在溶液中直接合成时必然会发生团聚，进而影响到纳米复合材料的光热转换性能，为获得优异性能的光热转换纳米复合材料，避免纳米颗粒的团聚是必不可少的先决条件。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本申请提供一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料及其制备方法。该方法以ZIF
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67为模板，将其进行化学刻蚀合成金属元素分布均匀的层状双金属氢氧化物(LDH)，并在还原气氛下原位还原，得到的具有均匀分散的金属纳米粒子的相变载体；然后再与相变芯材相复合形成具有光热转换性能的LDH基复合相变材料。本申请巧妙且有效的解决了纳米粒子易于团聚的问题，实现了具有局部表面等离子共振效应的纳米粒子在相变载体中的均匀分布。本申请实现了高效快速的光热能量转换及存储，制备工艺简单，相变载体和相变芯材选择多样化，具有良好的经济性。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、以ZIF
‑
67为模板，采用不同的金属盐对其进行化学刻蚀，得到不同金属元素分布均匀的LDH；
[0007]步骤2、还原气氛下煅烧，使金属元素分布均匀的LDH中的金属元素原位还原为金
属纳米粒子，得到具有均匀分散的金属纳米粒子的相变载体；
[0008]步骤3、将相变载体与相变芯材复合。
[0009]进一步的，所述步骤1的具体方式为：
[0010]步骤1.1：以Co(NO3)2和2
‑
甲基咪唑(2
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MIM)为前驱体，室温下在甲醇中静置12～24小时，合成十二面体ZIF
‑
67；
[0011]步骤1.2：将ZIF
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67溶解于乙醇溶液中(浓度为2.5～14g/L)，不同种类的金属盐溶解于去离子水中(浓度为1.5～30g/L)，分别超声处理5
‑
15分钟；
[0012]步骤1.3：随后将分散均匀的步骤1.2中的两种溶液混合，并在60
‑
80℃下反应15min～24h，得到不同金属元素分布均匀的LDH。
[0013]进一步的，所述金属盐包括铁盐、钼盐和镍盐中的一种或多种；所述不同金属元素分布均匀的LDH包括Mo
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Co LDH、Ni
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Co LDH、Fe
‑
Co LDH中的一种或多种。
[0014]进一步的，所述步骤2的具体方式为：将步骤1得到的不同金属元素分布均匀的LDH置于坩埚中，在还原气氛下，以1～2℃/min的升温速率，在300～450℃下保温2～3h，冷却至室温，得到具有均匀分散的金属纳米粒子的相变载体。
[0015]优选的，所述还原气氛为5％氢气和95％氩气的混合气氛。
[0016]进一步的，所述步骤3的具体方式为：将步骤2制备的相变载体在80℃～120℃下抽真空4h，然后将其分散于含有相变芯材的溶液中，加热至25～100℃，搅拌1～24h后过滤，最后将其置于50～120℃烘箱中干燥2～24h。
[0017]进一步的，所述相变芯材包括多元醇，脂肪酸和烃类混合物。
[0018]优选的，所述多元醇包括聚乙二醇1000～20000、季戊四醇、新戊二醇中的一种或多种；所述脂肪酸包括硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、癸酸、月桂酸、十五烷酸、癸二酸中的一种或多种；所述烃类混合物为石蜡。
[0019]进一步的，所述含有相变芯材的溶液为水溶液、醇溶液或正己烷溶液；所述含有相变芯材的溶液的浓度为10
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15g/L，复合相变材料的负载量为50
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80％。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料，采用上述制备方法制备所得。
[0021]本申请提供的技术方案，相比于现有技术至少具有以下有益效果：
[0022]1)本申请提供的具有光热转换性能的LDH基复合相变材料的制备方法是以ZIF
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67为模板，将其进行化学刻蚀合成金属元素分布均匀的LDH，并在还原气氛下原位还原，得到的具有均匀分散的金属纳米粒子的相变载体；然后再与相变芯材相复合形成具有光热转换性能的LDH基复合相变材料。本申请巧妙解决了相变载体中金属纳米粒子易于团聚的难题，实现了具有局部表面等离子共振效应的纳米粒子在相变载体中的均匀分布。
[0023]2)本申请提供的具有光热转换性能的LDH基复合相变材料，其均匀分布的金属纳米粒子为热量传输提供了通道，缩短传热路径，可有效提高复合相变材料的热导率，实现热量的快速存储和释放；
[0024]3)本申请制备方法中所采用的LDH和相变芯材的选择多样化，且具有良好的经济性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1得到的相变载体的SEM照片；
[0026]图2为本专利技术实施例1得到的具有光热转换性能的LDH基复合相变材料的DSC曲线；
[0027]图3为本专利技术实施例1和对比例1制备得到的复合相变材料的光热转化曲线。
具体实施方式
[0028]为了使本领域技术人员能够更清楚地理解本申请，以下结合实施例和附图对本申请作进一步详细说明，但应当理解的是，以下实施例仅为本申请的优选实施方式，而本申请要求保护的范围应以权利要求限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光热转换性能的LDH基复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、以ZIF
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67为模板，采用不同的金属盐对其进行化学刻蚀，得到不同金属元素分布均匀的LDH；步骤2、还原气氛下煅烧，使金属元素分布均匀的LDH中的金属元素原位还原为金属纳米粒子，得到具有均匀分散的金属纳米粒子的相变载体；步骤3、将相变载体与相变芯材复合。2.根据权利要求1所述的具有光热转换性能的LDH基复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤1的具体方式为：步骤1.1：以Co(NO3)2和2
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甲基咪唑为前驱体，室温下在甲醇中静置12～24小时，合成十二面体ZIF
‑
67；步骤1.2：将ZIF
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67溶解到乙醇溶液中，不同种类的金属盐溶解于去离子水中，分别超声处理5～15分钟；步骤1.3：随后将分散均匀的步骤1.2中的两种溶液混合，并在60
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80℃下反应15min～24，得到不同金属元素分布均匀的LDH。3.根据权利要求1或2所述的具有光热转换性能的LDH基复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括铁盐、钼盐和镍盐中的一种或多种，所述不同金属元素分布均匀的LDH包括Mo
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Co LDH、Ni
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Co LDH、Fe
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Co LDH中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的具有光热转换性能的LDH基复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤2的具体方式为：将步骤1得到的不...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，高琰，陈晓，林进杰，高鸿毅，
申请(专利权)人：苏州阿德旺斯新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：