一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料的制备与应用制造技术

一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料的制备与应用，其属于相变储能技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料的制备与应用


[0001]本专利技术涉及一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料的制备与应用，其属于相变储能

。

技术介绍

[0002]热能作为最丰富的能源之一，是许多国家工业生产的基础，其消耗约占世界当前能源消耗的
60
‑
70%。
然而，热能在实际应用中存在利用效率低
、
时空上不匹配等问题，新的热能储存技术亟待开发
。
与其他储热方式相比，相变储热具有更高的储热密度
、
更好的稳定性和可控性，其主要利用相变材料存储热量，以得到更高的能量转换效率
。
随着能源问题的日益严峻，寻找清洁
、
可再生和无毒的能源生产和储存方式正成为研究人员迫在眉睫的挑战
。
太阳能以其丰富
、
普遍和清洁的特点，被认为是各种能源中最具潜力的可持续能源之一，因此光热相变材料得到了广泛的关注与探索
。
然而，日照强度的不稳定与时空的不连续导致光热相变材料在实际应用中受到限制
。
电能具有主动
、
清洁
、
不受时空限制的特点，因此电热转换相变成为光热转换相变的有效替代方案
。
[0003]与无机相变材料经常出现相分离
、
过冷现象不同，有机相变材料具有相变温度可控
、
稳定性好
、
成本低等优点，可广泛应用于纺织品
、
泡沫
、
纤维
、
工业储热等领域
。
然而，固有的低导热性和低导电性严重限制了其发展电热转换的基本机制为电流流过导电的相变材料时，运动电子与其他分子或基团发生碰撞产生焦耳热
。
相变材料吸收释放的焦耳热，以潜热的形式存储，完成从电能到热能的转换与存储过程
。
从导电
、
导热机理分析，高导电性意味着高导热性，而高导热性并不意味着高导电性
。
此外，目前制备高性能电热转换相变材料面临的核心关键问题在于其导热导电为同一通路，能量损失大，电热转换效率低
。
对此，需要一种方法综合提升复合相变材料的导电性能和导热性能
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一类新的径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料及其制备方法
。
以轴向高效导电通路
、
径向热传导增强的碳纤维有序阵列为突破口，为有序导电阵列搭建轴向的电绝缘导热通路，实现导热导电通路的分离，构建起径向热传递增强的有序阵列式电热转换定形相变体系
。
本专利技术制备径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，其导热
、
导电性能显著提升，且具有较大的相变焓值及优异的定形效果，工作过程中无液体泄漏
。
此类材料合成工艺简单，在人体电热疗
、
电子设备散热等领域具有广阔的应用前景
。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，所述电热转换定形相变材料以导热
、
导电性能优异的聚丙烯腈碳纤维阵列为支撑材料，连接导热增强剂和化学交联高分子相变材料；所述化学交联高分子相变材料是由预聚物在引
发剂作用下聚合而成
。
[0006]所述电热转换定形相变材料中组分的质量百分数为：化学交联高分子相变材料：
60%
‑
80%
聚丙烯腈碳纤维：
20%
‑
30%
导热增强剂：
0.1
‑
1%。
[0007]所述电热转换定形相变材料的相变焓值为
90
‑
100J/g、
相变温度分布在
41
‑
45℃。
[0008]所述预聚物为甲氧基乙二醇甲基丙烯酸酯
、
乙烯
、
醋酸乙烯
、
乙烯基氯
、
苯乙烯中的至少一种；所述引发剂为偶氮二异丁腈
、
过氧化二苯甲酰
、
过硫酸钾
、
过硫酸铵
、
偶氮二异庚腈
、
氢过氧化异丙苯
、
过氧化十二酰
、
氢过氧化对孟烷中的一种
。
[0009]所述预聚物与引发剂的质量比为
1000
：5‑
1000
：
10。
[0010]所述导热增强剂为石墨烯
、
氧化石墨烯
、
单臂碳纳米管
、
多壁碳纳米管
、
纳米氮化硼
、
炭黑
、
膨胀石墨
、
纳米银
、
纳米铜
、
纳米金
、
铝
、
氧化铝
、
氧化铋
、
氧化镁
、
氧化锌
、
氮化铝
、
氮化铋中的1‑3种
。
[0011]一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚丙烯腈纤维置于管式炉中进行高温碳化得到聚丙烯腈碳纤维；（2）将导热增强剂与溶剂混合制备成均匀的溶液，其质量分数为
0.05%
‑
5%
，采用冰模板法将导热增强剂作为翅片连接到碳纤维表面得到径向传热增强碳纤维；（3）将径向传热增强碳纤维阵列排布后，加入预聚物和引发剂，在
70
‑
90℃
真空浸渍1‑
4h
，冷却至室温，得到径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料
。
[0012]步骤（1）中碳化的第一阶段是碳化炉的温度由
180℃
升至
260℃
，通空气；第二阶段是在氩气保护下，将碳化炉的温度由
260℃
升至
600℃
‑
900℃
，保温1‑
4h。
[0013]步骤（2）中所述溶剂为水
、
苯
、
甲苯
、DMF、DMSO、
四氢呋喃
、
甲醇
、
乙醇
、
丙酮中的一种或两种；所述导热增强剂的粒径为
10
‑
30
微米
。
[0014]一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料的应用，该相变材料应用于人体电热疗器件或电子设备散热器件中
。
[0015]进一步地，径向传热增强有序阵列式电热转换定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，其特征在于：所述电热转换定形相变材料以聚丙烯腈碳纤维为支撑材料，连接导热增强剂和化学交联高分子相变材料；所述化学交联高分子相变材料是由预聚物在引发剂作用下聚合而成
。2.
根据权利要求1所述的一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，其特征在于：所述电热转换定形相变材料中组分的质量百分数为：化学交联高分子相变材料：
60%
‑
80%
聚丙烯腈碳纤维：
20%
‑
30%
导热增强剂：
0.1
‑
1%。3.
根据权利要求1所述的一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，其特征在于：所述电热转换定形相变材料的相变焓值为
90
‑
100J/g、
相变温度分布在
41
‑
45℃。4.
根据权利要求1所述的一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，其特征在于：所述预聚物为甲氧基乙二醇甲基丙烯酸酯
、
乙烯
、
醋酸乙烯
、
乙烯基氯
、
苯乙烯中的至少一种；所述引发剂为偶氮二异丁腈
、
过氧化二苯甲酰
、
过硫酸钾
、
过硫酸铵
、
偶氮二异庚腈
、
氢过氧化异丙苯
、
过氧化十二酰
、
氢过氧化对孟烷中的一种
。5.
根据权利要求1所述的一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，其特征在于：所述预聚物与引发剂的质量比为
1000
：5‑
1000
：
10。6.
根据权利要求1所述的一种径向传热增强有序阵列式电热转换定形相变材料，其特征在于：所述导热增强剂为石墨烯
、
氧化石墨烯
、
单臂碳纳米管
、
多壁碳纳米管
、
纳米氮化硼
、

【专利技术属性】
技术研发人员：唐炳涛，贾兆英，张宇昂，张淑芬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：