[发明专利]一种超分子凝胶基复合相变材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合相变材料领域，具体涉及一种超分子凝胶基复合相变材料的制备方法。

背景技术

在能源供应日益紧缺、全球气候恶化日趋严重的大背景下，实现风能、太阳能、地热能、海洋能等为代表的新能源和可再生能源对传统能源的取代，已成为可持续发展的必由之路。但上述能源的分布存在间歇性、随机性、波动性等特点，在其能源利用系统中存在着能量供给与需求在时间、空间或强度上不匹配和不均匀的矛盾，造成能量利用不合理和大量浪费。储能的方式主要包括显热、潜热和化学反应热三种。潜热储能具有蓄热密度大、温度变化小、容易控制等优点，成为储能技术的首选方法。相变材料能够在相变过程中吸收或释放大量潜热实现能量存储。因此，开发先进的相变储能材料是实现能源高效利用的有效方法，已成为近年来优化储能技术的重要切入点和核心突破点。

然而，传统的纯相变材料存在易泄漏、易过冷等缺点，极大地限制了其广泛的应用。因此，为较大程度上解决这些缺陷、充分发挥相变材料的储能作用，定形相变材料受到越来越多的关注。定形相变材料由相变材料和支撑载体组成,不需要二次封装,在发生固-液相变后仍保持其在固态时的形状，有利于相变材料与传热流体间的换热。此外，定形相变材料具有膨胀系数较小，相变体积变化小，使用方便等优点。专利CN102061403A公开了一种多孔材料基体和复合相变蓄热材料的制备方法。专利CN103923614A公布了一种有序多孔基定型复合相变材料的制备方法。然而，上述定型相变材料基材的可调控性小，相变芯材负载量低，且与相变芯材的兼容性差，因此，开发一种具有三维网络结构且可兼容多种类型相变芯材的复合相变材料对进一步拓展定型相变材料的应用具有重要意义。

超分子凝胶是凝胶因子与溶剂分子间通过超分子作用力(例如配位键、氢键、范德华力、π-π堆积作用、疏水-亲水作用等)自组装形成的一种兼具固体与液体的性质、独特多孔性的三维网络互穿结构。而且，可通过改变配比参数及反应条件，进而实现其自组装的配位键导向下，得到结构具有新颖性的三维网络多孔结构。因此，能够适应不同尺寸及化学性质的相变芯材，在进行相变芯材负载时，有较好的普适性。因此，基于上述超分子凝胶的优势，开发一种新型超分子凝胶基复合相变材料，有效防止相变芯材泄露、腐蚀等问题，借助其易调控的特殊结构，解决相变基材与相变芯材兼容性差的缺点。

发明内容

本发明的目的在于通过开发一种新型超分子凝胶基复合相变材料，利用其独特的交联网状结构，有效防止相变芯材的泄露，减少相变芯材对存储容器的腐蚀作用，且有效兼容不同类型相变芯材，具有应用范围广的优势。

本发明的技术方案是：

一种超分子凝胶基复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

1)超分子凝胶基体的制备：

将一定比例的单体1与单体2加入到特定的有机溶剂中，在25℃-80℃条件下充分搅拌至溶解(5min-2h)，加入特定的添加剂后，将装有混合物的烧杯用封口膜封好，置于在0℃-200℃条件下反应1min-5d，反应结束后，去掉封口膜，将烧杯放置于40-150℃的真空干燥箱中干燥12h-3d，最终得到超分子凝胶基材。

其中，单体1，单体2，添加剂的摩尔比为：1-80:1-80:1-80。

2)超分子凝胶基材与相变芯材的复合：

选取无机盐类相变芯材、有机类相变芯材、聚合物类相变芯材中的一种或多种，溶解于一定的水/醇中，在25-100℃的条件下搅拌0.5h-6h，得到相变芯材的水/醇(水或醇)溶液。将上述步骤(1)所制备的超分子凝胶分散于预处理好的相变芯材的水/醇溶液中，油浴中加热至25-100℃，搅拌1-24h，反应完毕后，转移至烘箱中，在30-120℃条件下干燥24h-90h，最终得到超分子凝胶剂复合相变材料。

其中，相变芯材与超分子凝胶基材的质量比为1-100:1-100。

所述的单体1包括：丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、α-溴代丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁，醋酸铁、硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、醋酸铝、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸铬、氯化铬、硫酸铬、醋酸铬、硝酸锆、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化锆、硫酸锆、醋酸锆、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸钛、氯化钛、异丙醇钛等其中的一种或几种。