[发明专利]一种柔性二氧化硅气凝胶基相变复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性二氧化硅气凝胶基相变复合材料的制备方法，可以应用于相变领域。其制备方法是：引入三甲基甲氧基硅烷作为一种新前驱体，通过调节不同硅烷前驱体和溶剂的比例制备柔性二氧化硅气凝胶，然后选择合适的相变芯材，采用真空浸渍法，得到二氧化硅气凝胶基相变复合材料。本发明的优点在于：通过加入三甲基甲氧基硅烷改变了气凝胶内部的交联度，从而使气凝胶具有柔性；加入三甲基甲氧基硅烷使气凝胶孔隙率增加，且孔径大小可调；所制备的柔性二氧化硅气凝胶材料由于其多孔性，可以复合相变芯材制备相变复合材料；所制备的相变复合材料能够有效防止泄露问题，并且具有机械性能好、结构可调性强、负载率高等优势。

技术领域

本发明制备了一种新型二氧化硅气凝胶材料，具有高柔性、高孔隙率、孔径可调节等优势，可以应用于相变领域。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种纳米多孔材料，具有密度低，比表面积大等优点，是近年来最具发展前景的纳米材料。但是，传统方法制备的气凝胶柔性差，易破碎，而且干燥方法多为超临界干燥，过程复杂，成本较大，所以开发一种新型气凝胶具有重要意义。气凝胶骨架是由二氧化硅团簇交联形成的三维网络，三维网络的交联程度影响着气凝胶的柔性；气凝胶孔径分布在微孔到大孔范围内，孔径大小决定了干燥的难易程度。基于二氧化硅气凝胶的以上特点，在传统气凝胶制备过程中加入三甲基甲氧基硅烷并改变其比例，从而改善气凝胶内部的交联度，制造合适的孔结构，常压制备出具有柔性的二氧化硅气凝胶材料。

相变复合材料(Phase change materials，PCM)，利用其相变过程中产生吸热和放热效应可进行热能储存和温度调控，由于相变复合材料具有储能密度大，储能与释能过程近乎恒温等优点，因此，相变储能是最具应用前景的储能技术之一。有机类固-液相变复合材料是应用最为广泛的一类相变复合材料，具有无过冷、性能稳定、无毒性、无腐蚀性等优点，但其在相变过程中会发生固态向液态的转变，为了避免相变芯材液相时发生泄露，可以将相变芯材封装在多孔基体中，从而形成定形相变复合材料。例如专利CN102061403A公开了一种多孔材料基体和复合相变蓄热材料及其制备方法；专利CN102585776A公开了一种三维石墨烯/相变储能复合材料及其制备方法；专利CN104745149A公开了一种含碳材料金属有机骨架基复合相变材料的制备方法。但上述相变复合材料载体机械性能较差，可塑性不强，应用范围窄。因此，开发一种具有柔性的相变复合材料对于相变复合材料在生产和生活中的应用具有重要的意义。

我们以制备的新型柔性二氧化硅气凝胶为多孔载体，开发一种柔性二氧化硅气凝胶基相变复合材料。使该相变复合材料可以有效克服传统相变材料机械性能差、结构可调性差、负载率低缺点，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于：在传统气凝胶制备过程中加入一定比例的三甲基甲氧基硅烷，改善气凝胶内部交联度，制造不同尺寸孔径，从而制备具有柔性的二氧化硅气凝胶。并以其作为多孔载体，开发一种新型的相变复合材料，使该类相变材料不仅能够有效防止泄露，提高负载率，同时还具有机械性能好，可塑性强等优势。

本发明的技术方案是：1)通过加入一定比例的三甲基甲氧基硅烷制备柔性二氧化硅气凝胶载体，调控三甲基甲氧基硅烷比例对气凝胶骨架的交联度进行优化，进而实现气凝胶柔性的增强；2)通过调控硅烷前驱体和溶剂的比例，改变气凝胶内部二氧化硅团簇的大小，实现孔径大小和孔隙率的调控。3)根据柔性气凝胶不同的孔径大小，选择合适的相变芯材，采用真空浸渍法，利用二氧化硅气凝胶的超大比表面积和纳米孔道结构吸附相变芯材，在高于相变温度下干燥除去溶剂，得到不同种类二氧化硅气凝胶基相变复合材料。

具体制备步骤为：

(1)柔性二氧化硅气凝胶的制备：