一种具有高导热率的光制造技术

本发明专利技术公开了一种具有高导热率的光

【技术实现步骤摘要】
一种具有高导热率的光/电热转换复合相变材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，特别涉及一种具有高导热率的光
/
电热转换复合相变材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]相变材料是一种可重复使用的储能材料，它可以吸收太阳能作为潜热，并在相变过程中将其释放到环境中，因而有望解决现有温室耗能问题
。
其中，聚乙二醇固液相变材料因其熔点合适
、
潜热相对较高
、
化学稳定性好
、
腐蚀性
、
毒性和成本低而被广泛关注
。
但是，聚乙二醇热导率低，相变过程中易泄露，因此需要引入导热基体，限制聚乙二醇流动并提升热导率
。
[0003]碳材料近年来被认为是最具有潜力的相变材料载体之一，因为其不仅具有良好的光热性能，而且相比于金属
、
多孔气凝胶载体来说，它制备简单且成本较低，因此被广泛应用于相变材料领域
。
生物质是自然界最丰富的碳源，因此，成本低廉
、
孔道丰富
、
光热转化能力强的生物炭被认为是相变材料的良好载体
。
在现有技术中，中国专利技术专利
CN114907819A
公开了一种以金属锌粉末和热解生物炭材料为基体的复合相变材料制备技术
。
该技术以热解生物炭为光热材料，以石蜡为相变材料辅以金属锌粉末用以提高复合相变材料的热导率
。
该复合相变材料的热导率达到了
0.84W m
‑1k
‑1。
但是这种技术制备过程较为复杂，成本相对较高，不利于实际应用；中国专利技术专利
CN110272724A
公开了一种碳基高导热定型相变材料的制备方法
。
该技术以枣核基生物炭和铜微球作为导热基体和相变材料的载体，以聚乙二醇作为相变材料
。
该复合相变材料的相变焓为
108.2J g
‑1，导热率为
0.63W m
‑1k
‑1。
同样地，该技术所使用的材料制备过程也相对复杂，并且相变焓与其他复合相变材料相比并不具备竞争优势，所以不具备实际使用价值
。
另一方面，如何优化生物炭，使复合相变材料在具备光热转换性能的同时实现另一种能量转换储存
—
电热转换，从而解决单一能量来源
(
太阳
)
不稳定造成的热量不足问题，也亟待解决
。
[0004]综上所述，目前报道的生物炭基体相变材料仍然存在制备复杂
、
能量转换方式单一
、
成本相对较高等问题，开发导热率高
、
光
‑
热转化能力强且制备过程简单
、
成本低廉
、
具有多种能量转换方式的复合相变材料仍是研究人员的研究重点
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种具有高导热率的光
/
电热转换复合相变材料及其制备方法，以解决现有技术中的问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种具有高导热率的光
/
电热转换的复合相变材料及其制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
S1、
制备活性多孔生物炭纳米片：
[0009]200
‑
400
目的作物
(
作物为玉米
、
小麦
、
高粱
、
水稻
、
油菜中的一种或几种
)
秸秆粉首
先用去离子水洗涤6‑
12
小时，并在
30
‑
100℃
的烘箱中干燥
12
‑
24
小时
。
在充氮管式炉中以
10℃ min
‑1的速率进一步加热至
400
‑
800℃。
然后在该温度下对粉末进行预碳化
1.5
‑
2.5
小时
。
之后，样品作物秸秆粉在
800
‑
1200℃
的氮气中用氢氧化钾粉末热解并活化1‑2小时，加热速率为5‑
30℃ min
‑1。
氢氧化钾粉末的重量设定为样品作物秸秆粉重量的1‑5倍
。
在冷却至室温
、
去离子水洗涤至中性，于
30
‑
100℃
干燥
24
小时之后，获得活性多孔生物炭纳米片
。
[0010]S2、
制备聚乙二醇
/
活性多孔生物炭纳米片复合相变材料：
[0011]首先将
0.1
‑
0.5g
活性多孔生物炭纳米片分散在
25
‑
30mL
去离子水中，超声处理
30
‑
60
分钟
。
进一步加入活性多孔生物炭纳米片与聚乙二醇质量比为
1:1
‑
1:8
的聚乙二醇
(
分子量为
4000
‑
8000)
，并施加另一个
90
‑
120
分钟的超声处理以进行连续分散
。
将分散体在
40
‑
80℃
下真空干燥
24
‑
36
小时后，得到颗粒状的聚乙二醇
/
活性多孔生物炭纳米片复合相变材料
。
[0012]上述制备方法制得的具有高导热率的光
/
电热转换的复合相变材料的导热率在
0.597
‑
0.791W m
‑1k
‑1之间
。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]本专利技术中的复合相变材料，即用作物秸秆粉制备了复合相变材料的基体，选用具有优异光热效应的活性多孔生物炭纳米片作为光吸收剂和导电导热载体，其不仅性能好，而且成本低，制备工艺简单
。
其负载能力可以达到
88.9
％，在相变过程中没有任何泄漏
。
这些相变材料的潜热和光热转换效率都随着聚乙二醇含量的增加而提高，分别最高可达
153.6J g
‑1和
87.6
％
。
此外，活性多孔生物炭纳米片中的分级多孔结构也为热传递提供了有效的途径，因此实现了最高
0.791W m
‑1k
‑1的更高导热率
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有高导热率的光
/
电热转换复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
制备活性多孔生物炭纳米片：作物秸秆粉首先用去离子水洗涤，并进行干燥；在充氮管式炉中加热至
400
‑
800℃
；然后在
400
‑
800℃
的温度下对作物秸秆粉进行预碳化；作物秸秆粉在
800
‑
1200℃
的氮气中用氢氧化钾粉末热解并活化；在冷却洗涤和干燥之后，获得活性多孔生物炭纳米片；
S2、
制备聚乙二醇
/
活性多孔生物炭纳米片复合相变材料：首先将活性多孔生物炭纳米片分散在去离子水中，超声处理；进一步按照活性多孔碳纳米片和聚乙二醇的固体质量比
1:1
‑
1:8
加入的聚乙二醇，并施加另一个超声处理以进行连续分散；将分散体真空干燥后，得到颗粒状的聚乙二醇
/
活性多孔生物炭纳米片复合相变材料
。2.
根据权利要求1所述的具有高导热率的光
/
电热转换复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中，所述作物为玉米
、
小麦
、
高粱
、
水稻
、
油菜中的一种或几种；所述步骤
S1
中，作物秸秆粉为
200
‑
400
目的作物秸秆粉
。3.
根据权利要求1所述的具有高导热率的光
/
电热转换复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中，作物秸秆粉的洗涤时间为6‑
12
小时，所述步骤
S1
中，洗涤后的作物秸秆粉在
30
‑
100℃
的烘箱中干燥
12
‑
24
小时
。4.
根据权利要求1所述的具有高导热率的光
/
电热转换复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中，作物秸秆粉预碳化的时间为
1.5
‑
2.5
小时，所述步骤
S1
中，作物秸秆粉用氢氧化钾粉末热解并活化的时间为1‑2小时
。5.
根据权利要求1所述的具有高导热率的光
/
电热转换复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1

【专利技术属性】
技术研发人员：严旎娜，徐磊，郑志雨，蒋希芝，张金凯，
申请(专利权)人：江苏博创新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：