一种复合相变材料及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010886405.5
文献号 : CN111909662B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 林鹏程 , 余伟泰 , 盛鑫鑫 , 陈颖
申请人 : 广东工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种复合相变材料,其特征在于,所述复合相变材料呈核壳结构;
所述核壳结构中的壳层为含有胆甾相液晶的凝胶聚合物,核层为相变材料,所述壳层与所述核层之间径向负载有一维导热材料;
所述凝胶聚合物由透明高分子材料制得。
2.根据权利要求1所述的复合相变材料,其特征在于,所述核层的粒径为90‑150μm,壳层的厚度为10~30μm,一维导热材料的厚度为20‑30μm。
3.根据权利要求1所述的复合相变材料,其特征在于,所述相变材料为石蜡型相变材料;
所述一维导热材料选自铜纳米线、碳纤维或碳纳米管;
所述胆甾相液晶包括向列相液晶和手性掺杂剂。
4.根据权利要求3所述的复合相变材料,其特征在于,所述向列相液晶为BHR‑59001,所述手性掺杂剂为S‑811。
5.根据权利要求3所述的复合相变材料,其特征在于,所述石蜡型相变材料为十四烷、十八烷或二十烷。
6.根据权利要求5所述的复合相变材料,其特征在于,所述透明高分子材料为明胶和/或阿拉伯胶。
7.权利要求1至6任意一项所述的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:利用Stober法将相变材料、十六烷基三甲基溴化氨在水和醇的混合溶剂中,加入硅源进行反应,得到二氧化硅包覆的相变材料;
步骤2:将所述二氧化硅包覆的相变材料浸入一维导热材料分散液中,搅拌、干燥,得到一维导热材料/二氧化硅/相变材料;
步骤3:将所述一维导热材料/二氧化硅/相变材料浸泡于氢氟酸中,得到一维导热材料/相变材料;
步骤4:将透明高分子材料、所述一维导热材料/相变材料、胆甾相液晶和水进行混合,冷冻干燥,得到复合相变材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述相变材料与所述硅源的质量比为(30~50):1;
所述一维导热材料与所述相变材料的质量比为1~3:4。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述透明高分子材料、所述一维导热材料/相变材料、所述胆甾相液晶和所述水的用量比为8g:(25~35)g:5g:95mL。
10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述胆甾相液晶包括向列相液晶和手性掺杂剂;
所述向列相液晶与所述手性掺杂剂的质量比为5:(0.5~1.5)。
说明书 :
一种复合相变材料及其制备方法
技术领域
背景技术
同温度环境下相变材料的相态发生变化,但是材料本身的温度不会发生大的改变。相变材
料相态的变化包括:固液、固气、固固、液气。气态和液态的流动性很强,在这个相态下相变
材料容易发生泄露,这不仅会影响相变材料本身,泄露的相变材料还会对环境造成污染。因
此,这一定程度上限制了它的应用。
发明内容
此外还能增加相变材料的换热面积,使其便于储存和运输;透明高分子材料具有高的透光
度,胆甾相液晶的颜色的温敏变化可以显示出来,液晶颜色的变化温度与相变材料的相转
化温度范围匹配,实现相变材料的“可视化”;一维导热材料具有很好导热能力,其径向的负
载于壳层与核层之间,径向排列的阵列纳米结构,阵列的纳米结构能使热量沿着导热材料
传输,能够很好的提升相变材料的充放热速度,减少了热量的损失。
后,放入超声浴中进行搅拌,使其充分分散。当透明高分子材料为两种以上时,透明高分子
材料分步加入进行分散。
杂剂的添加量随着相变材料相变温度的增加而减少。
向负载有一维导热材料;所述凝胶聚合物由透明高分子材料制得。
此外还能增加相变材料的换热面积,使其便于储存和运输;透明高分子材料具有高的透光
度,胆甾相液晶的颜色的温敏变化可以显示出来,液晶颜色的变化温度与相变材料的相转
化温度范围匹配,实现相变材料的“可视化”;一维导热材料具有很好导热能力,其径向的负
载于壳层与核层之间,径向排列的阵列纳米结构,阵列的纳米结构能使热量沿着导热材料
传输,能够很好的提升相变材料的充放热速度,减少了热量的损失。
附图说明
发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可
以根据这些附图获得其它的附图。
具体实施方式
实施例,而非全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造
性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
50℃磁力搅拌1h,随后向混合物中加入0.5mL氨水和0.583g四乙氧基硅烷,机械搅拌六小时
后,抽滤,将沉积物用硝酸铵萃取3次,在80℃下放置6h,以除去软模版十六烷基三甲基溴化
铵,最后60℃真空干燥12h,得到相变材料@介孔二氧化硅。
浸入该溶液,磁力搅拌2h,待所有铜纳米线负载于二氧化硅模板上后抽滤分离产物,放入真
空烘箱60℃干燥24h,得到相变材料@介孔二氧化硅@阵列铜纳米线。
在介孔中的铜纳米线也随之除去。抽滤分离产物后放入放入真空烘箱60℃干燥24h,得到相
变材料@阵列铜纳米线。
50mL去离子水搅拌2h成凝胶质地。随后放入超声浴中,加入步骤3制得的相变材料@阵列铜
纳米线水溶液20g,搅拌半小时后缓慢加入50mL阿拉伯树胶溶液,并持续超声两小时,随后
在室温下机械搅拌约二十个小时,将150mL乙醚加入制备好的产物中以溶解搅拌后得到的
产物,用手剧烈摇晃后,以2000rmp转速离心10min,提取沉淀物,并冷冻干燥24h,得到复合
相变材料含有胆甾相液晶的明胶/阿拉伯壳层胶包覆的相变材料@阵列铜纳米线。
壳层光滑,具有较好的保护效果。如图3(c)所示,该复合相变材料的焓值为166J·g ,充放
‑1 ‑1 ‑1 ‑1
热速率分别为232J·g ·min 和226J·g ·min ,对比于图3(a)纯十八烷(焓值为232J·
‑1 ‑1 ‑1
g )和图3(b)不含导热材料的复合相变材料(充放热速率分别为162J·g ·min 和157J·
‑1 ‑1
g ·min ),焓值虽有所降低,但是充放热速率提升显著。
50℃磁力搅拌1h,随后向混合物中加入0.5mL氨水和0.667g四乙氧基硅烷,机械搅拌六小时
后,抽滤,将沉积物用硝酸铵萃取3次,在80℃下放置6h,以除去软模版十六烷基三甲基溴化
铵,最后60℃真空干燥12h,得到相变材料@介孔二氧化硅。
浸入该溶液,磁力搅拌2h,待所有铜纳米线负载于二氧化硅模板上后抽滤分离产物,放入真
空烘箱60℃干燥24h,得到相变材料@介孔二氧化硅@阵列铜纳米线。
在介孔中的铜纳米线也随之除去。抽滤分离产物后放入放入真空烘箱60℃干燥24h得到相
变材料@阵列铜纳米线。
50mL去离子水搅拌2h成凝胶质地。随后放入超声浴中,加入步骤3制得的相变材料@阵列铜
纳米线水溶液20g,搅拌半小时后缓慢加入50mL阿拉伯树胶溶液,并持续超声两小时,随后
在室温下机械搅拌约二十个小时,将150mL乙醚加入制备好的产物中以溶解搅拌后得到的
产物,用手剧烈摇晃后,以2000rmp转速离心10min,提取沉淀物,并冷冻干燥24h,得到含有
胆甾相液晶的明胶/阿拉伯壳层胶包覆的相变材料@阵列铜纳米线。
50℃磁力搅拌1h,随后向混合物中加入0.5mL氨水和0.748g四乙氧基硅烷,机械搅拌六小时
后,抽滤,将沉积物用硝酸铵萃取3次,在80℃下放置6h,以除去软模版十六烷基三甲基溴化
铵,最后60℃真空干燥12h,得到相变材料@介孔二氧化硅。
浸入该溶液,磁力搅拌2h,待所有铜纳米线负载于二氧化硅模板上后抽滤分离产物,放入真
空烘箱60℃干燥24h,得到相变材料@介孔二氧化硅@阵列铜纳米线。
在介孔中铜纳米线也随之除去。抽滤分离产物后放入放入真空烘箱60℃干燥24h得到相变
材料@阵列铜纳米线。
50mL去离子水搅拌2h成凝胶质地。随后放入超声浴中,加入步骤3制得的相变材料@阵列铜
纳米线水溶液20g,搅拌半小时后缓慢加入50mL阿拉伯树胶溶液,并持续超声两小时,随后
在室温下机械搅拌约二十个小时,将150mL乙醚加入制备好的产物中以溶解搅拌后得到的
产物,用手剧烈摇晃后,以2000rmp转速离心10min,提取沉淀物,并冷冻干燥24h,得到含有
胆甾相液晶的明胶/阿拉伯壳层胶包覆的相变材料@阵列铜纳米线。
射出蓝色的光,吸热升温时,发生相转变,当温度高于30℃,不反射光,且该过程具有可逆
性,实现了相变过程的“可视化”。
50℃磁力搅拌1h,随后向混合物中加入0.5mL氨水和0.667g四乙氧基硅烷,机械搅拌六小时
后,抽滤,将沉积物用硝酸铵萃取3次,在80℃下放置6h,以除去软模版十六烷基三甲基溴化
铵,最后60℃真空干燥12h,得到相变材料@介孔二氧化硅。
得的相变材料@介孔二氧化硅在真空环境下浸入该溶液,磁力搅拌2h,待所有碳纳米管负载
于二氧化硅模板上后抽滤分离产物,放入真空烘箱60℃干燥24h,得到相变材料@介孔二氧
化硅@阵列碳纳米管。
在介孔中的碳纳米管也随之除去。抽滤分离产物后放入放入真空烘箱60℃干燥24h得到相
变材料@阵列碳纳米管。
50mL去离子水搅拌2h成凝胶质地。随后放入超声浴中,加入步骤3制得的相变材料@阵列碳
纳米管水溶液20g,搅拌半小时后缓慢加入50mL阿拉伯树胶溶液,并持续超声两小时,随后
在室温下机械搅拌约二十个小时,将150mL乙醚加入制备好的产物中以溶解搅拌后得到的
产物,用手剧烈摇晃后,以2000rmp转速离心10min,提取沉淀物,并冷冻干燥24h,得到含有
胆甾相液晶的明胶/阿拉伯壳层胶包覆的相变材料@阵列碳纳米管。
负载了许多阵列碳纳米管。如图3(d)所示,该复合相变材料的焓值为175J·g ,充放热速率
‑1 ‑1 ‑1 ‑1 ‑1
分别为253J·g ·min 和238J·g ·min ,对比于图3(a)纯十八烷(焓值为232J·g )和
‑1 ‑1 ‑1
图3(b)不含导热材料的复合相变材料(充放热速率分别为162J·g ·min 和157J·g ·
‑1
min ),焓值虽有所降低,但是充放热速率提升显著。
50℃磁力搅拌1h,随后向混合物中加入0.5mL氨水和0.667g四乙氧基硅烷,机械搅拌六小时
后,抽滤,将沉积物用硝酸铵萃取3次,在80℃下放置6h,以除去软模版十六烷基三甲基溴化
铵,最后60℃真空干燥12h,得到相变材料@介孔二氧化硅。
变材料@介孔二氧化硅在真空环境下浸入该溶液,磁力搅拌2h,待所有碳纤维负载于二氧化
硅模板上后抽滤分离产物,放入真空烘箱60℃干燥24h,得到相变材料@介孔二氧化硅@阵列
铜碳纤维。
孔中的碳纤维也随之除去。抽滤分离产物后放入放入真空烘箱60℃干燥24h得到相变材料@
阵列碳纤维。
50mL去离子水搅拌2h成凝胶质地。随后放入超声浴中,加入步骤3制得的相变材料@阵列碳
纤维水溶液20g,搅拌半小时后缓慢加入50mL阿拉伯树胶溶液,并持续超声两小时,随后在
室温下机械搅拌约二十个小时,将150mL乙醚加入制备好的产物中以溶解搅拌后得到的产
物,用手剧烈摇晃后,以2000rmp转速离心10min,提取沉淀物,并冷冻干燥24h,得到含有胆
甾相液晶的明胶/阿拉伯壳层胶包覆的相变材料@阵列碳纤维。
述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些
修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。