[发明专利]一种具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料及其制备方法，其是由石墨烯以三维骨架相互连接的形式自组装在有机相变材料中得到的，其中有机相变材料的质量占5‑95％，其余为石墨烯。本发明石墨烯复合相变材料能有效解决有机相变材料泄漏问题，其中的三维骨架网络状分布的石墨烯很大程度上提高了相变材料的热导率，为热能收集、存储和后来热能使用提供快速传输通道，而且本发明制备方法操作简单，成本低，易于推广，本发明方法制备的石墨烯复合相变材料因选取不同的相变材料，储热能力和相变温度可变，可以满足不同应用需要，从而为该材料将来应用提供广阔的前景。

一、技术领域

本发明涉及一种纳米材料及其制备方法，具体地说是一种具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料及其制备方法。

二、背景技术

目前能源与环境危机的日益加剧迫使人们在寻找和利用可再生能源的同时尽可能地合理高效利用现有能源。即合理利用现有的不可再生能源和开发可再生的新能源占有同样的地位。而节约利用现有的不可再生能源是合理利用现有能源的关键，也是当前人们关注的核心，而且节能水平是衡量一个国家科学技术和工业水平先进程度的重要标志之一。

热能是能源利用中最广泛的使用形式，在各种能源的利用中，85-90％都是通过转换成热能来满足人们的需求。而热能的浪费及其低效率的使用一直是世界各国亟待解决的难题。据美国2002年的统计数字显示，在各种能源的利用过程中其中58％的能源主要以热的形式无意义地被耗散了。所以，合理并高效利用热能是节能降耗的关键问题之一。

节能领域，将低品位的热能像太阳光热、地热和工业余热等进行收集存储并进一步的转换成其他较高品位的能量比如电能加以利用是当前节能发展的主流方向之一。所谓节能，是指将工业余热废热等等进行高效率的收集存储或进一步转换，然后再利用，达到有效的节约能源、高效利用能量、降低能耗的目的。其核心材料称为节能材料。这种可通过改变相变材料种类和含量等进行调节的节能材料是当今节能领域人们追求的目标，以节能材料为基础，发展的节能技术是该领域研究的前沿。

利用物质在相变过程中吸能和释能的特点，实现能量的储存和利用是近年来在能源、材料、航空航天、纺织、电力、医学仪器、建筑等众多领域活跃的方向之一。相变储能具有储能密度高、储能温度容易控制和选择范围广等优点，目前在一些领域已经进入实用化和商品化阶段。相变储能材料种类很多。在建筑等领域尝试采用相变储能材料降低建筑能耗已经有较长的历史。但本身易泄漏、封装要求高、易老化等缺点，限制了其在电子器件散热领域的应用。另一方面，低热导率是限制有机相变储热材料大规模推广应用的另外一个技术瓶颈问题。因此结合两种相变的优点，人们发展了定形相变材料，在一定程度上改善了相变储热材料的性能，但传统的定形相变材料在实际应用中依旧存在封装等方面的问题，无法从根本上改变上述两种体系的缺点。

石墨烯，是一种新兴二维碳纳米材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料， 由于以上这些优良的机械性能、非同寻常的导电导热性能以及轻质高强度的特性而受到极高的关注，被广泛应用于材料科学领域。

由于石墨烯的平面结构和超高的比表面积，可通过纳米界面限域实现对有机相变材料的限域封装，为制备定形相变材料提供了可能，同时制备一种具有智能节能石墨烯复合相变材料为热能的高效利用提供很好的材料体系。

三、发明内容

本发明的目的是为了克服有机相变材料的易泄漏、封装要求高、易老化、低热导等缺点，提供一种定形相变的节能石墨烯复合相变材料及其制备方法，通过改变相变材料的种类从而获得不同相变温度和不同储热能力的具有储热放热性能的节能型三维石墨烯骨架复合相变材料和制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：