[发明专利]基于静电纺的高导热相变储能材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于静电纺的高导热相变储能材料及其制备方法，其制备方法包括：热塑性聚氨酯、相变材料和纳米碳混合纺丝液的制备；弹性相变储能静电纺丝膜的制备；弹性智能温度调节材料的制备。本发明的弹性智能温度调节材料具有高热导率和高潜热，同时具有良好的电导率，且形状、性能稳定，可实现电响应的温度调节功能，在智能防护服和可穿戴电子设备领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于弹性导电温度调节织物及其制备领域。

背景技术

智能纺织品能够响应各种外部刺激，已经成为先进的柔性和可穿戴系统(例如传感器、仿生植入物、机器人技术、能量收集设备、温度调节服装和加热器)的新兴驱动力。然而，由天然或半合成聚合物制成的当前织物本质上是电绝缘和热绝缘的，这就限制了其在由传统电子硬件制成的传感器和致动器方面的应用，并阻碍了未来可穿戴电子设备和智能防护服的发展。纳米碳材料，例如碳纳米管和石墨烯，具有良好的导电、导热性，是优良的导电、导热结构单元，纳米复合材料的开发目前引起人们极大的兴趣。尽管如此，制备具有响应复杂环境和外界刺激例如热量、温度、压力、光线、湿度、pH值等功能智能织物，仍然具有挑战性。

有机相变材料及其复合材料是性能优异的热能储存材料，可以用以热量存储和周围环境辐射以及制造过程或产品使用过程中产生的废热的转化等领域。尽管有机相变材料具有出色的性能，但一些固有缺陷限制了它们在许多领域的应用，例如低热导率，熔化和冷却过程中的泄漏问题。在过去的十年中，静电纺丝技术已成为一种简单高效经济来生产由连续和随机覆盖的纤维组成的无纺布的方法。静电纺纤维的直径通常在几十纳米到几微米的范围内(通常称为“电纺纤维”)。电纺纤维和纤维非织造织物具有许多有利的性能，包括小的直径，低密度，高孔隙率，高纵横比，大比表面积和良好的机械柔韧性。利用聚合物的可纺性和良好的机械性能，进行了一系列研究来开发封装有机相变材料的聚合物纤维。然而，由于有机相变材料和聚合物基体的低的电导率和热导率，很难收集复合纤维的刺激响应性。

聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)是具有良好导电性的p型导电聚合物。PEDOT通常掺有聚苯乙烯磺酸盐(PSS)以在水中形成稳定的颗粒悬浮液。PEDOT：PSS水性悬浮液具有高电导率、电化学活性、环境稳定性和良好的可加工性，因此被广泛用作储能设备、传感器和导体的电极材料。将PEDOT：PSS与纺织品相结合，可以极大地提高材料的电导性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种基于静电纺的弹性相变智能温度调节材料制备方法，以制备具有电响应性的高导热、导电性能的弹性相变温度调节织物，且具有形状、性能稳定性，克服现有技术中相变织物易发生液体泄露、导热性及导电性差的问题。本发明方法通过引入纳米碳材料，使相变材料具有良好的导热性和电热转换响应性，通过PEDOT：PSS涂层，赋予织物良好的导电性，以适应其在智能防护服及柔性可穿戴设备方面的应用。

一种基于静电纺的弹性相变智能温度调节材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、将纳米碳材料分散于无水DMF中，超声1-2h，后加入热塑性聚氨酯和有机相变材料，搅拌12-24h，使其混合成均匀的纺丝液；

(2)、将步骤(1)所述纺丝液进行静电纺丝，得到纳米碳材料/TPU/相变材料复合纤维膜，并在20℃真空下干燥24h；

(3)、混合4-十二烷基苯磺酸钠和PEDOT：PSS水溶液，将步骤(2)所述静电纺丝膜浸入溶液中，超声10-20min；

(4)、将步骤(3)涂层纺丝膜取出，除去多余的液体并在室温下晾干，后在一定温度下真空干燥1h，即得到弹性智能温度调节材料。

进一步地，步骤(1)中，TPU含量为20-25wt％。

进一步地，步骤(1)中，纳米碳材料为碳纳米管或氧化石墨烯；用量为0.5-2wt％。