[发明专利]一种复合相变材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合相变材料及其制备方法，通过水热法制备得到三维套筒状石墨烯，将三维石墨烯与混合盐通过真空浸渍法复合得到复合相变材料，混合盐包括硼砂和Na₂SO₄·10H₂O，混合盐中硼砂和Na₂SO₄·10H₂O的质量比为(0～1)：25，三维石墨烯和混合盐的质量比为1：(7～10)。与现有技术相比，本发明三维套筒状石墨烯结构应用于与无机水合盐的复合中，对解决相分离与过冷等问题提供了新的思路，大大拓宽了无机水合盐的应用领域，应用前景广阔，且本发明三维石墨烯/无机水合盐复合相变材料可作为相变大胶囊应用于建筑生态节能等领域。

技术领域

本发明涉及复合相变材料领域，具体涉及一种复合相变材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯具有一系列优异性得到研究者们热切关注。二维石墨烯具有比表面积大，表面能高的特点，易发生团聚，限制了其在实际生产中的应用推广。三维石墨烯(3D-rGO)具有稳定的力学性能，保留了二维石墨烯的一些优异性能，因此三维石墨及其复合材料具有较广阔的应用前景。

无机水合盐用作相变材料具有相变潜热高，相变温度低，环境污染小等优点，可以应用于冷链运输、生态建筑节能等领域。Na₂SO₄·10H₂O是典型的低温相变材料，熔点32.4℃，相变潜热较高，化学稳定性好，无毒，原材料易获取，价格低廉，可应用于太阳能、工业余热的储存。但无机水合盐存在相分离现象并具有较大的过冷度，严重限制了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种力学性能和导热率优秀的复合相变材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种复合相变材料，该相变材料包括三维石墨烯以及填充在三维石墨烯之间的混合盐，所述混合盐包括硼砂和Na₂SO₄·10H₂O，所述混合盐中硼砂和Na₂SO₄·10H₂O的质量比为(0～1)：25，所述三维石墨烯和混合盐的质量比为1：(7～10)，其中硼砂的量不为0。

该材料中，三维石墨烯提供了优良的力学性能和结构稳定性，同时，石墨烯可以有效改善无积盐的热导率，提高无机水合盐的均匀性，降低相分离问题，并且柱状体垂直底面方向上与平行底面方向导电性与导热性具有一定的各向异性，且本发明采用的Na₂SO₄·10H₂O中加入了硼砂作为成核剂，可以有效解决Na₂SO₄·10H₂O过冷度低的问题。

一种如上所述的复合相变材料的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)采用如Chen J,Yao B,Li C,et al.An improved Hummers method for eco-friendly synthesis of graphene oxide[J].Carbon,2013,64(11):225-229.所描述的改进的Hummers法制备得到氧化石墨溶液，超声，高压环境下干燥，然后冷却得到三维石墨烯水凝胶；

(2)将步骤(1)得到的三维石墨烯水凝胶预冷，然后真空环境下冷冻干燥，得到三维套筒状石墨烯气凝胶；

(3)将硼砂和Na₂SO₄·10H₂O混合均匀得到混合盐，与步骤(2)所得三维套筒状石墨烯气凝胶混合，然后密封加热，使混合盐充分融化并完全浸没三维套筒状石墨烯气凝胶；

(4)将步骤(3)得到的被混合盐浸没的三维套筒状石墨烯气凝胶放置在真空条件下，恒温保持，然后冷却，即得所述复合相变材料。