[发明专利]一种具有低过冷度的Sn基多元素金属微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有低过冷度的Sn基多元素金属微球及其制备方法，所述Sn基多元素金属微球为Sn‑Zn‑Cu三元素金属微球，按照摩尔百分数计各金属元素的含量为：Sn 82~96%，Cu 1.5~2.5%，2.5~15.5%。所述Sn‑Cu‑Zn金属微球的制备方法包括以下步骤：在无机熔盐的保护下，高温熔炼Sn‑Zn‑Cu三种金属，使Zn和Cu均匀地分散于Sn中；超声乳化使金属分散于无机熔盐中形成金属乳液；快速冷却上述乳液，水洗除去所得固体中的无机盐即可得到Sn‑Cu‑Zn金属微球。本发明制得的Sn‑Cu‑Zn金属微球粒径为几个微米到几十个微米，金属微球熔点可通过改变微球成分来调节，金属微球的过冷度能够低于5℃。本发明的Sn‑Cu‑Zn金属微球可以作为固液相变材料用于潜热储热。

技术领域

本发明属于相变材料制备技术领域，特别涉及一种具有低过冷度的Sn基多元素金属相变材料及其制备方法。

背景技术

能源与人类的生产生活密切相关，提高能源利用效率是确保国家经济和社会可持续发展的关键。在众多提高能源利用率的方法中，储能技术受到广泛重视并得到迅速发展，其中运用最为广泛的为热能的储存，即储热技术。潜热储热是通过利用相变材料发生物态变化时放出/吸收热量，整个过程近似恒温相变，且相变材料具有储能容量大、热储存密度高、化学性质稳定、成本低等优点，因而在各个领域都有广泛应用。固液相变材料是一类在熔化或结晶过程中可以存储或释放热能的材料，广泛用于潜热存储领域，它们包括有机物如烷烃（Y. Yuan, N. Zhang, et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014, 29, 482-498）和脂肪酸（M. M. Kenisarin，Solar Energy, 2014, 107，553-575）等以及无机物如盐（Q. Li , C.Li , et al. Applied Energy, 2019, 255，13806-113842）和金属（A. I. Fernández, C. Barreneche ,et al. Solar Energy Materials andSolar Cells, 2017, 171，275-281）等。与有机物和无机盐相比，金属作为相变材料具有相变焓值大（特别是单位体积储能容量高）、固液态导热系数高、蒸气压相对较低、热膨胀小以及热稳定性高等优点。

作为一种无毒、高密度的金属，锡是一种潜在的相变材料（S. Zhu, M. T.Nguyen, et al. ACS Applied Nano Materials, 2019, 2，3752-3760）。然而对于纯Sn来说，特别是尺寸小的微米锡或纳米锡，需要极高的过冷度才能发生液-固相变，且其过冷度与尺寸大小密切相关。例如，微米锡粒的过冷度和微粒大小有关，当其尺寸从640μm降至460μm时，其过冷度从50℃升高至95℃（B. Yang, Y.L. Gao, et al., Chinese ScienceBulletin, 2010, 55, 2063-2065）。如果过冷度超出了系统的工作温度范围，则无法充分利用其潜热，所以微米Sn过高的过冷度阻碍了它们作为相变材料的实际应用。尽管可以通过高温煅烧法将另外一种金属元素（例如Cu、Co或Ni）作为不纯物引入大尺寸的块状Sn，这些不纯物可以引起异相成核从而降低块状Sn的过冷度 (G. Parks , A. Faucett, et al.Journal of Metals, 2014, 66, 2311-2319)，但这种高温煅烧的方法无法制备Sn微球。另外，由于Sn过冷度与尺寸有关，仅添加一种金属元素可能不足以显著降低微米Sn的过冷度。但是，如何添加多种金属元素以减小微米Sn的过冷度以及如何制备这种Sn基多元素金属微球，目前文献（含专利）仍未涉及。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种具有低过冷度的Sn基多元素金属微球及其制备方法，本发明制备的具有低过冷度Sn基合金微米粉体，该粉体可作为固液相变材料用于潜热储热。

所述的一种具有低过冷度的Sn基多元素金属微球，其特征在于，该Sn基多元素金属微球为Sn-Zn-Cu三元素金属微球。