[发明专利]一种多孔石墨基复合定型相变材料及制备和应用

说明书

本发明公开了多孔石墨基复合定型相变材料及制备和应用，具体以下工艺步骤：(1)将硝酸缓慢滴入离子液体中，在室温然后加热条件下搅拌得到粘性液体；然后将该粘性液体，然后升温聚合反应形成聚合离子液体；将聚合离子液体放入管式炉中在氮气气氛高温石墨化多孔石墨前躯载体；将该前驱体加入到硝酸中加热回流除去金属然后烘干得到最终的多孔石墨载体。(2)将相变材料与(1)中得到的聚合离子液体载体混合，置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中，制得离子液体基复合定型相变材料。本发明制得的离子液体基复合定型相变材料为黑色块状物体，相变材料负载量高，具有优秀的储热性能和定型效果，同时制备方法简单，操作要求低，该体系可用于热能转化与储存以及热能管理设备的功能性物质。

技术领域

本发明属于复合定型相变材料领域，特别涉及通过聚合反应，高温石墨化，真空浸渍等方法合成可用作热能转化与储存的多孔石墨基复合定型相变材料的制备方法。

背景技术

相变材料可以在相变过程中吸收或释放大量的潜热并保持温度基本恒定，目前已经广泛的应用的工业余热回收，节能建筑材料，电子器件热管理以及太阳能的利用等诸多领域。尤其是固-液类相变材料除了拥有储热密度大，还具有在相变过程中体积变化小，温度选择范围广等一系列优点，因此受到广泛研究。但是，该类材料存在在相变过程变成液体时流动泄漏以及热导率低的问题，这使得其在实际应用过程中对热能的储存能力下降并影响对热能的传输速率。

复合定形相变材料通过将支撑载体引入到相变材料体系，可以将相变材料有效地包覆其中，防止其在相变过程中发生泄漏，同时，载体的加入可以提高相变材料体系的热导率。因此，复合定型相变材料的研究对于解决相变材料的实际应用问题至关重要。

本发明以离子液体和金属盐为原料，通过聚合反应制备聚合离子液体，然后将其高温石墨化等制备得到多孔石墨，然后将相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得多孔石墨基复合定型相变材料。其中，多孔石墨表现出分级多孔的特征，可以实现对相变材料的有效包裹，同时期石墨化程度可以实现可控调整；在复合相变材料产物中，相变材料负载量高，具有优秀的储热性能和定型效果，同时导热性能明显提升，另外该制备方法简单，操作要求低，该体系可对光，电等能量进行响应并转化为热能。因此，该体系用于热能转化与储存以及热能管理设备的功能性物质。

发明内容

本发明提出了一种离子液体和金属盐为原料，然后将其高温石墨化等制备得到多孔石墨，然后将相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得多孔石墨基复合定型相变材料。

合成的多孔石墨基复合定型相变材料包括以下步骤：

(1)将一定浓度的硝酸缓慢滴入含有金属盐的离子液体中，在室温下搅拌一定时间然后升高至一定温度搅拌一定时间得到粘性液体；然后将该粘性液体升温至另一温度聚合反应一定时间形成聚合离子液体载体；将聚合离子液体放入管式炉中在一定温度下石墨化一定时间得到多孔石墨前躯载体；将该前驱体加入到一定量的硝酸中在一定温度下回流一定时间除去金属然后烘干得到最终的多孔石墨载体。

(2)将相变材料与(1)中得到的聚合离子液体载体混合，置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中，制得离子液体基复合定型相变材料。

进一步地，所述步骤(1)中所用硝酸的浓度为16mol/L。

进一步地，所述步骤(1)中的离子液体为烯烃基咪唑类离子液体，包括乙烯基咪唑，丙烯基咪唑等。

进一步地，所述步骤(1)中的金属盐为硝酸铁，硝酸钴或硝酸镍中的一种。

进一步地，所述步骤(1)中的金属盐与离子液体的物质的量之比为金属盐：离子液体＝1：5-1：1。

进一步地，所述步骤(1)中离子液体与硝酸的物质的量之比为咪唑：硝酸＝1：5-1：1。

进一步地，所述步骤(1)中室温下搅拌的时间为1-3h。