[发明专利]一种硅烷改性MXene、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种硅烷改性MXene、制备方法及其应用，涉及功能材料制备技术领域，二维材料硅烷改性MXene采用HF蚀刻法，用氟化锂和盐酸混合原位生成氢氟酸刻蚀MAX粉末制备。硅烷改性MXene是利用硅烷中的官能团在二维材料与有机物之间搭建“分子”桥，进而能稳定分散在有机相变材料中。本发明提供了一种无过冷、焓值高的相变微胶囊的制备方法，采用原位聚合法，将含有硅烷改性MXene的有机相变芯材和乳化剂粉末混合，再加入去离子水形成乳化液，采用搅拌剪切方法，形成结构稳定的水包油(W/O)微乳液结构；随后加入壳材预聚体溶液进行聚合反应，得到无过冷度，高焓值的相变微胶囊。

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，特别是涉及一种硅烷改性MXene、制备方法及其应用。

背景技术

近年来，由于化石能源枯竭和能源危机问题，储能技术引起了人们的高度重视。潜热储存作为储能技术的一种方式，是通过相变材料实现的，它可以在温度不变的情况下提供潜热，具有储能密度大、有利于设备的紧凑化和微型化以及能够维持温度恒定等优势，可以有效解决能量供求不平衡的问题。在太阳能储热系统、工业余热回收、相变节能建筑、空调蓄冷系统、电子元器件散热以及纺织织物方面具有重大应用价值和发展前景。相变材料中的石蜡相变材料具有相变潜热高、来源广、相变温度范围广而受到广泛关注，但直接应用石蜡类相变材料存在易燃、易泄漏、体积变化大等问题。

过冷是相变微胶囊存在的一个显著的问题，石蜡相变材料被封装在微小尺寸中会由于成核不良导致出现过冷现象。过冷指的是相变材料在达到远低于其相变温度的温度下才开始结晶的状态，这意味着只有温度达到过冷温度以下潜热才会释放，这导致在实际应用过程中，潜热的释放和储存需要较大的温差，不利于高效储能，且会造成不必要的损耗。

目前采用较多的是往芯材中加入成核剂消除胶囊的过冷，如十八醇、十八酸、氯化钠等。但是添加该成核剂会对胶囊存在负面影响，如造成胶囊凹陷，胶囊间黏连和焓值降低等情况。另一种是采用无机纳米颗粒消除胶囊过冷，如碳纳米管、纳米二氧化钛和银纳米颗粒等，纳米颗粒由于粒径小，比表面积大且表面具有极强的活性，为基体提供了更多的成核位点，从而促进其异相成核。但是无机纳米颗粒一般不能与有机物很好地相容，并且由于颗粒尺寸小，表面能高，处于能量不稳定状态，将其加入到相变材料中存在分散不均匀和团聚的问题。因此无法在微胶囊中充当成核位点，不能起到促进成核的作用，导致降低胶囊过冷度效果不佳。

因此，有必要提供一种新的消除相变微胶囊过冷问题的方法。

发明内容

针对现有成核剂消除相变微胶囊过冷度效果不佳、影响相变胶囊形貌的缺点，本发明提供了一种硅烷改性MXene、制备方法及其应用，以性能优异的硅烷改性MXene作为成核剂消除相变微胶囊过冷度。二维材料MXene具有良好的热稳定性和表面可调控的官能团，可以通过硅烷改性使其稳定均匀分散在有机相变材料中，充当良好的成核位点，促进其异质成核。本发明制备的相变微胶囊添加了极少硅烷改性MXene，作为成核剂消除过冷，胶囊形貌良好，焓值较高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种硅烷改性MXene的制备方法，包括以下步骤：

(1)将MAX粉末分散在氟化锂与盐酸混合溶液中，加热搅拌刻蚀；反应结束后，洗涤沉淀物；将洗涤过的沉淀物重新分散在水中，在惰性气体保护下进行超声剥离，之后离心收集稳定的胶体分散体，冷冻干燥后得到MXene；

(2)取步骤(1)得到的MXene分散在无水乙醇和水的混合溶液中，进行第一次超声，得到纳米级的MXene；加入硅烷偶联剂，进行第二次超声；油浴加热，搅拌，得到悬浮液，用无水乙醇离心洗涤，除去未反应的硅烷偶联剂，冷冻干燥后得到硅烷改性MXene。

优选的，在所述硅烷改性MXene的制备方法中，步骤(1)中，MAX粉末和氟化锂的质量比为2～4：3～5。