[发明专利]一种核壳结构纳米高温储热材料、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳结构纳米高温储热材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种以Cu@SiO₂为基础的中空核壳结构高温储热材料的制备方法，属于用纳米技术、化学化工方法生产高温储热材料的技术领域和储热材料领域。

背景技术

相变材料（PCM，Phase Change Material）是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。高温相变储热材料尤其是金属相变材料具有高熔点、储热密度高、吸/放热过程近似等温、过程易控制等优点，可满足回收高温烟气和高温余热的要求，是目前储热技术领域的研究热点。在工业余热、太阳能光热、交通、航空、建筑和军、民通用等领域具有广阔的发展前景。

储热技术的关键材料之一是储热材料，储热材料的种类很多，从材料的组成来看可以分为无机和有机两大类；从储热方式来看可以分为显热、潜热和反应储热3种；从储热的温度范围来看可以分为高温（≥500℃）、中温（200-500℃）和低温（≤100℃）3种类型。目前研究最多的相变材料主要是高温储热材料。

所述的高温储热材料在高温下的液态腐蚀性直接影响高温储热材料的性能和寿命。高温相变材料主要有熔融盐、金属。熔融盐的使用温度较高，蒸气压低，热容较大，但在实际应用中的缺点也十分突出：氯盐对容器腐蚀性很强；氟盐固/液体积收缩很大；硝酸盐熔解热较小、热导率低、使用中容易产生局部过热等。相比而言，金属相变材料具有储能密度大、热循环稳定性好、导热系数高（是无机和有机相变材料的几百倍）、无毒、相变时过冷度小、相偏析小、性价比良好等特点，在高温相变储热应用领域中具有极大的优势，在从根本上提高能源转换和利用率方面具有不可估量的意义。

相容性是指相变材料与容器壳体之间，在长期吸放热循环过程中是否发生化学、电化学及物理反应，使壳体遭受明显腐蚀，或使相变材料的热物性有明显改变，或在容器体内形成大量不凝性气体或固体沉淀物。若不发生上述现象，或虽发生上述现象但后果不致影响储热装置的正常工作，则称之为相容；反之，称为不相容。

储热材料在液态时往往具有较强的活性和腐蚀性，造成金属相变材料对器壁的侵蚀，直接影响储能系统寿命等。对相变材料的封装材料的性质和封装方式的选择可有效解决此问题。传统封装即将大量的相变材料封装在一个密闭容器中，因其体积庞大，相变材料易聚集，吸/放热速率慢等缺点已逐渐被淘汰。近年来，微胶囊封装技术，因传热面积增大、相变物质与外部环境的反应弱等优点受到广泛关注。

M.You等采用聚（苯乙烯－丙烯酸）对特定的封装材料，对正十八烷进行包覆，正十八烷仅为十几度的低温储热材料。且该方法制备微胶囊颗粒粒径较大、分布不均。（Microencapsulated n-Octadecane with styrene-divinybenzene co-polymer shells,M.You,X.C.Wang,X.X.Zhang,L.Zhang,J.Wang,J.Polym.Res.2011,18,49-58l.）

与此方法相比，G.Fang等报道了一种SiO₂包覆石蜡微胶囊的相变材料，具体为：先将石蜡进行乳化，同时需要添加分散剂；再对其包覆SiO₂，洗涤过滤、干燥，最后制备出SiO₂包覆石蜡微胶囊。（Synthesis and properties of microencapsulated paraffin composites with SiO₂ shell as thermal energy storage materials,G.Fang,Z.Chen,H.Li,Chem.Eng.J.2010,163,154-159.）此方法制备得到的相变材料的相变温度低，且需要添加剂。

微胶囊可以有效解决相变储热材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，但这两种微胶囊封装的缺点是对相变体积变化的耐热度和空间有限、液相时与封装材料接触面积大。

发明内容