[发明专利]一种声-热能量转换型复合相变储能材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种声‑热能量转换型复合相变储能材料及其制备方法和应用，属于复合材料领域。一种声‑热能量转换型复合相变储能材料，所述相变储能材料由三维网络骨架和填充于三维网络骨架间的有机固液相变材料组成，所述三维网络骨架是由表面负载金属氧化物纳米粒子的氧化石墨烯纳米片相互连接搭建形成的三维网络结构。本发明采用“一锅法”通过金属离子与氧化石墨烯纳米片表面羧基官能团的配位络合作用构筑三维网络原位负载相变材料，然后部分金属离子碱化还原生成金属氧化物纳米粒子，实现了声热转换器的构建及其与相变材料的复合。具有合成工艺简单、能耗低的优势，可以有效降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种声-热能量转换型复合相变储能材料及其制备方法和应用，属于复合材料领域。

背景技术

随着近代工业的发展，环境污染随之产生，噪声污染就是环境污染的一种，已经成为对人类的一大危害。其在介质中以声波的形式传播，当其在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而实现声波衰减及热能的产生。截至目前，声-热能量转换材料的相关研究与开发较少，因此，开发制备有效的声-热能量转换存储技术具有重要意义。

热能存储是提高能源利用效率的关键因素。相变材料(PCM)，一种通过改变存在状态(从液态到固态、固态到液态)来提供潜热的物质，是节能环保的最佳绿色环保载体。PCM的使用可以实现储存和释放大量的能量，因此它们被广泛应用在热能管理和存储领域(M.M.Farid,A.M.Khudhair,S.A.K.Razack and S.Al-Hallaj,Energy conversion andmanagement,2004,45,1597-1615.)

发明内容

针对防治噪声污染及热能有效存储利用等关键问题，本发明旨在将声波衰减产热现象与相变材料相变集热特性结合，构建吸声、产热、储热为一体的复合材料，在消音降噪的同时，实现智能调温的效果。具有声波吸收及热能存储功能的相变材料的构建是实现声-热能转换存储的有效途径。氧化石墨烯因其表面固有的褶皱结构且易于接枝改性，是一种极具潜力的吸声材料，同时石墨烯因具有良好的导热性能也是一种理想的相变组分支撑载体。因此，通过溶胶凝胶法构筑三维氧化石墨烯支撑网络，原位包覆有机固液相变组分，设计制备具有石墨烯网络结构的相变储能材料，可以解决相变材料漏液问题，同时赋予材料声热转换能力。此外，调控三维氧化石墨烯网络的孔隙率实现对不同频率声波的定向消减，可用于消声隔音涂层的制作，在建筑隔音、外墙保温、降噪节能等领域有着重要的应用价值。

本发明目的是提供一种具有声-热能量转换功效和热能存储利用的复合相变储能材料。此种材料集声-热能量转换、热能存储利用于一体，热管理能力良好、合成工艺简单，具有广阔的应用前景。

一种声-热能量转换型复合相变储能材料，所述相变储能材料由三维网络骨架和填充于三维网络骨架间的有机固液相变材料组成，所述三维网络骨架是由表面负载金属氧化物纳米粒子的氧化石墨烯纳米片相互连接搭建形成的三维网络结构。

本发明所述声-热能量转换型复合相变储能材料以三维氧化石墨烯纳米片网络为吸声主体，协同金属氧化物纳米粒子的热振动作用，实现对声波的衰减及声-热能的转换。

进一步地，本发明所述三维网络骨架由负载金属氧化物纳米粒子的氧化石墨烯纳米片桥接而成，氧化石墨烯纳米片以无规则方式连接、搭建形成三维网络同时原位负载相变组分。

优选地，所述三维网络骨架和相变材料的质量比为1:5～1:24。

优选地，所述三维网络骨架中氧化石墨烯纳米片与金属氧化物纳米粒子质量比为1:0.5～1:5。

优选地，所述有机固液相变材料为正十二醇、正十四醇、正十六醇、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、硬脂酸丁酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、巯基乙酸十八烷基酯、乙酰胺、佛尔酮、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种。