[发明专利]氧化硅气凝胶/有机氟聚合物复合薄膜、其制法及应用

说明书

本发明公开了一种氧化硅气凝胶/有机氟聚合物复合薄膜、其制法及应用。所述氧化硅气凝胶/有机氟聚合物复合薄膜包括氧化硅气凝胶微粉和有机氟聚合物交联剂，所述氧化硅气凝胶微粉具有三维多孔网络结构，所述三维多孔网络结构包含微孔、介孔和宏孔，所述有机氟聚合物交联剂均匀分散在氧化硅气凝胶微粉之间。所述制法包括：将所述氧化硅气凝胶微粉和有机氟聚合物交联剂充分混合均匀，压延，获得氧化硅气凝胶/有机氟聚合物复合薄膜。本发明的氧化硅气凝胶/有机氟聚合物复合薄膜制备工艺简洁，反应条件温和，易操作，成本低，绿色无污染，可实现连续化生产，在相变储能、热致变色相变储能一体化、电池或超级电容器等领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种氧化硅气凝胶/有机氟聚合物复合薄膜、其制备方法及在相变储能中的应用，属于纳米能源技术领域。

背景技术

气凝胶的产生起源于上世纪三十年代，由美国加州太平洋大学化学家Sterven.S.Kistler无意中发明的一种物质，俗称“冷冻烟雾”，将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。经过八十多年的发展，气凝胶材料已逐步实现商业化，在诸多领域有着重要的应用。气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。二氧化硅气凝胶具有高比表面积(400～1500m2/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm3)和低热导率(0.013～0.038W/mk)等特点，使得二氧化硅气凝胶在耐高温隔热材料、超低密度材料、气体吸附和过滤材料、催化剂载体材料、药物载体材料等领域具有非常广阔的应用前景。通常制备多功能SiO₂气凝胶的方法是超临界干燥。但是，通常超临界干燥需要用到特殊的设备，在高压高温下操作，一方面使得设备昂贵，操作困难，成本高；另一方面存在重大的安全隐患。因此，虽然气凝胶具有以上提及的优异性能，但是由于制备成本高，从而限制了其在日常生活中的广泛应用。另由于氧化硅气凝胶具有的高孔隙率及孔容，使得氧化硅气凝胶往往具有弱的机械强度以及脆性等问题，且进一步限制氧化硅气凝胶的功能化及应用市场。

相变储能材料的潜热储存，对于周围环境、太阳能及机车或电子器件所产生废热的利用，是一种最为可行的方法。有机固-液相变材料具有宽的相变温度范围、稳定的化学性质、高潜热、价廉等优点。然而由于其低热/电导率、泄露等问题限制其应用。寻找合适的支架材料并赋予相变储能材料以高的热/电导率、良好的形状稳定性及高的相变焓，是尤为重要的。目前，金属泡沫、碳气凝胶、石墨烯气凝胶、碳纳米管海绵及碳纳米管阵列等多孔材料被用于有机相变储能材料的研究中，赋予其优异的电/热导率，并可光或电驱动进行热能转换与储存。故利用气凝胶这一材料改善相变储能材料的困境，是极为可行并有着极大的应用前景。

传统的相变储能材料，多以大型设备容器封闭或大尺寸、块体的支架材料应用于相变储能材料。其中气凝胶的引入使得相变材料展现出良好的电、光的热响应，实现热能的转换与利用。然而这些材料不具有大的热界面，故在便携式电子设备热管理中存在极大的应用限制，故具有良好柔性、自支撑的相变薄膜将成为今后发展的一个重要方向。

目前电解质一般包括液态电解质、凝胶电解质和固态电解质。液态电解质和凝胶电解质由于电解质中有液体的存在，具有液体泄露、电池短路、电池自燃等潜在安全隐患。而固态电解质能够很好的解决液态电解质和凝胶电解质带来的安全性问题。目前固体电解质的研究集中在聚合物固体电解质和无机固体电解质。但是聚合物固体电解质的离子电导率低、稳定性差、机械性能弱以及与电极相容性差等问题使其距离商业应用还有很远的距离。而无机固体电解质的柔韧性差、工作温度高、加工性差等难题也严重限制了其实际应用。固态电解质的这些缺陷也严重限制了其在实际生产中的应用。

鉴于多功能氧化硅气凝胶材料及多功能相变储能材料、性能优异的电解质/隔膜的需求，迫切需要并提出一种结构与性能新颖的氧化硅气凝胶复合薄膜材料及制备方法，来达到工艺简单、周期短、成本低的目的，充分发挥气凝胶材料的优势，将气凝胶的应用推向一个新高度，进而满足社会发展对多功能一体化新材料的需求。

发明内容