[发明专利]相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合热管理材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料领域，具体涉及一种相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合热管理材料及其制备方法。所述相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合材料主要用于光伏、导电材料、定向散热和储能等领域。 

背景技术

相变储能材料通过材料发生相变时吸收或释放大量热量，实现能量的储存和利用，可有效解决能量供求在时间和空间上的不匹配的矛盾。因此，相变储能技术被广泛应用于具有间断性或不稳定性的热管理领域，如太阳能利用、工业余热废热回收、建筑节能等领域。但是在相变储能技术的开发方面存在诸多的问题，其中之一就是除去金属外，所有的相变材料都存在导热系数小，传热性能不高的情况，这样导致材料的能量储放速度不高。因此，如何突破这一瓶颈，加强材料的热交换性能成为了储能技术亟待解决的问题。 

石墨烯自被成功分离，就因其优异的物理特性引起科学界的广泛兴趣。作为世界上导电性最好的材料，石墨烯中的电子运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的传导速度；热扩散性能更是高达5000W/mK。根据其优异的导热性能，使它在微电子领域和热扩散器件方面也具有巨大的应用潜力。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，把石墨烯作为导电材料与各种物质复合，应用到新能源领域如光伏，储能领域如锂离子电池和超级电容器，散热、导电和热管理等诸多领域中。由于其高传导性、高比表面积，还可适用于作为电极材料助剂。 

本申请人之前的专利CN102585776A公开一种三维石墨烯/相变储能复合材料及其制备方法，其采用泡沫金属作为生长基体在其上生长石墨烯，通过复制泡沫金属的结构形成三维石墨烯金属泡沫，以提供复合相变储能材料的空间，该法利用三维石墨烯的高导热系数及多孔性结构使相变储能体系的热导率成倍地提高，为相变储能复合材料的研究提供了新的思路。然而该法相变储能材料的复合需要在真空条件下通过浸渍完成，制备条件相对要求严格。 

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的热管理用的相变储能材料/石墨烯复合材料。在此， 本发明人意识到虽然诸如由氮化铝，氧化铝等烧结而成的多孔陶瓷本身并不具有较高的导热性能。然而利用石墨烯优良的热导性能，使之与多孔陶瓷复合，不但使得多孔陶瓷具备导电性，而且热扩散性能得到有效地提高，还可以通过调控多孔陶瓷的孔结构特征达到定向热传导的目的。因此，可采用多孔陶瓷替代泡沫金属作为石墨烯生长模板制备三维石墨烯/多孔陶瓷作为复合填充相变储能材料。 

在此，本发明提供一种相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合热管理材料，包括：石墨烯/多孔陶瓷导热/导电材料、以及填充在所述石墨烯/多孔陶瓷导热/导电材料中的相变储能材料，其中石墨烯/多孔陶瓷导热/导电材料包括多孔陶瓷基底及沉积在其上的石墨烯。本发明提供的复合热管理材料采用复合石墨烯的多孔陶瓷基底，来源广泛，骨架结构稳定、具有极佳的导热导电性能，可以有效解决解决现有技术中存在的相变储能材料热交换性能低问题，而为相变储能复合材料的研究提供了新的一种思路，对相变储能复合材料研究和应用具有极大意义。 

在本发明中，所述多孔陶瓷基底可为无序多孔陶瓷基底或有序多孔陶瓷基底。本发明的基底采用为无序多孔陶瓷基底或有序多孔陶瓷基底，适用范围广，可提供对定向传热有不同要求的材料。 

又，在本发明中，所述相变储能材料可为硬脂酸、结晶水合盐、氯化铝结晶、硝酸锂、过氧化钠和/或伍德合金。本发明的相变储能材料来源广泛。 

另一方面，本发明还提供一种上述相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合热管理材料的制备方法，包括：通过化学气相沉积方法在所述多孔陶瓷基底上直接生长石墨烯形成所述石墨烯/多孔陶瓷导热/导电材料；以及在所述石墨烯/多孔陶瓷导热/导电材料的孔中填充所述相变储能材料以得到所述相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合热管理材料。 

本发明采用化学气相沉积法，工艺简单，过程易控制，制得的材料热管理性能优异，而且本发明不需要在真空条件下实施背接触层的沉积，设备投资少，可以大规模生产。采用本发明的方法制备的相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合热管理材料不但具有优异的相变储能性能，而且导热性良好，具有定向热传导的性能。 

本发明的方法还可包括所述多孔陶瓷基底的制备，包括：以陶瓷材料为基材制备多孔陶瓷、将所得的多孔陶瓷高温退火成型，以得到所述多孔陶瓷基底。 

在本发明中，所述陶瓷材料可选自二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝、氧化镁、碳化硅、氧化锆和碳化硼中的一种或几种。