[发明专利]一种基于改性石墨烯的导热增强型离子液体复合相变储热材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于改性石墨烯的导热增强型离子液体复合相变储热材料及制备方法，首先，利用含有端氨基离子液体对氧化石墨烯进行共价功能化改性，改性后的氧化石墨烯与水合肼反应使其还原，以提高石墨烯填料在离子液体相变材料基体中的分散性及界面相容性，改善复合材料导热特性。进而，将改性石墨烯与咪唑类离子液体相变材料基体混合，并通过旋蒸，干燥等条件控制，得到不同改性石墨烯负载量与离子液体基体相变材料的混合物。该材料具有大的相变潜热以及良好的热稳定性特征，同时热导率较无改性石墨烯添加的离子液体增加4.4％‑127.9％，显著提高了其热能存储以及传导特性。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种基于改性石墨烯的导热增强型离子液体复合相变储热材料及制备方法。

背景技术

固液相变储热技术通过相变材料(Phase change materials,PCMs)在环境温度到达熔点时发生固液相态变化吸收大量的热来实现，由于其具有相变潜热大、体积小、结构简单、材料易得且污染小等优点，使其很快发展为一种有潜力的储热技术。固液相变材料主要有石蜡、水合盐、合金等，但石蜡具有易燃、导热性差的不足，水合盐存在过冷、相分离等弊端，而合金由于熔点较高，适用于高温储热。

离子液体(Ionic Liquids,ILs)是一类由有机阳离子与有机或无机阴离子组成的熔点在100℃以下的室温熔融盐，其具有良好的物理和化学稳定性、液程宽、无蒸气压、不易燃、制备简单、无毒无腐蚀性、高相变潜热以及优异的理化性质可调性。通过改变阴阳离子的种类和组合方式，可以合成不同密度、相变焓、熔点的离子液体，具有很强的可设计性，适用于不同场景下对相变材料的要求。

中国专利(申请号：201510861168.6)公开了一种离子液体-水体系相变储能材料的制备方法，该方法将离子液体直接与水熔融混合均匀，然后添加成核剂，其中水的质量百分比小于20％，成核剂质量百分比小于5％，所制得的离子液体-水体系相变储能材料有效降低了生产成本，其导热系数为0.50W/(m·K)，但是存在相变潜热不高的缺点。

中国专利(申请号：201310229487.6)公开了一种采用离子液体材料作为跨季节相变储热材料的制备方法，该方法选用烷基咪唑溴代盐类离子液体作为跨季节蓄热材料，将离子液体置入容器中吸收工业废热，然后通过调节成核剂使其结晶放出相变潜热，实现废热重复利用。但该相变材料存在导热系数低、成核剂分离复杂等不足。

中国专利(申请号：201610188010.1)公开了一种用于空气能热水器的离子液体复合相变材料的制备方法。该方法首先制备了1-甲基咪唑磷酸二氢盐和丙胺甲酸盐离子液体，然后加入表面活性剂并将上述离子液体负载于膨胀石墨表面。该复合相变材料潜热高，循环性能较好，但是没有相关材料导热能力的报道。

中国专利(申请号：201410283646.5)公开了一类带有电负性原子的官能团改性的离子液体的制备方法。该方法中官能团包括羧基、羟基、酯基、醛基和醚基等含氧基团，所得到的离子液体具有较高的热稳定性(分解温度200℃)，较高的比热容(2J/g·K)，但是其相变潜热不够高(32.14～121.76J/g)。

由于离子液体本征热导率普遍较低，需要利用导热填料在离子液体基体中的均匀填充，以提高材料的导热性能。常用的高导热填料主要是碳材料、金属颗粒、金属氧化物等，但颗粒状导热填料难以在基体中形成导热通路，只有当填充量很大时才具有一定的导热增强效果，而石墨、碳纳米管等高导热碳材料由于片层与基体间相容性较差，在填料与基体接触面存在大量声子散射，使得复合材料导热提高效率并不理想。

石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的二维层状碳材料，具有高本征热导率、高热稳定性以及良好的电学、机械性能，在材料、化工、电力电子等领域有广泛的应用。石墨烯的二维结构有利于电子和声子的快速传递，是理想的导热填料，但是石墨烯本身分子间作用力较强、易于集聚，在离子液体基体中不易分散，同时石墨烯与相变材料基体间也会发生声子的散射，导致在离子液体中难以形成连续的有效的热传导路径，影响了其导热增强效果，制约了石墨烯在离子液体相变材料中的应用。