[发明专利]一种多级结构二氧化钛基复合相变材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于节能储能材料技术领域，特别涉及一种多级结构二氧化钛基复合相变材料的制备方法。

背景技术

相变蓄热/储能是提高能源利用率和保护环境的重要技术，相变材料是影响蓄热/储能技术发展和应用的关键因素。利用相变材料的相变潜热来实现能量的存储和利用，有助于提高能效和开发可再生能源，在太阳能利用、电力的“移峰填谷”及民用采暖与空调的节能等领域有广阔的应用前景。相变材料由于高储能密度、高导热率等优异性能，成为目前最受关注的节能储能材料，但其易泄露、循环稳定性差的问题限制了其广泛应用。因此，相变材料的研究与开发成为近年来能源科学与材料科学领域中的研究热点。针对相变材料在相变过程中易发生液体泄漏的问题，研究者开始大力开发具有更高循环稳定性的复合相变材料。

从相关研究领域申报的专利中，可知通过将相变材料与具有固载能力的载体复合，是目前提高相变材料循环稳定性的主要方式之一。CN103923614A提供了一种有序多孔基定型复合相变材料的制备方法，通过将相变材料与多孔二氧化硅载体复合，提高其稳定性，防止相变材料的泄露。CN103694963A提供了一种复合相变材料的制备方法，通过将相变材料与多孔化和石墨化的炭微球复合，提高了相变材料的导热性能和稳定性。通过多级组装构筑微纳尺度可调的多级空心结构载体，可以将相变芯材封装在多级结构空腔内实现定型，将传热介质组装到多级结构纳米孔道中提高导热能力，从而实现多级组装复合相变材料的热存储与热传导强化，但是现有的专利中均未有对多级结构二氧化钛基复合相变材料的报道。

因此，选择一种具有多级结构的相变材料载体，并通过合适的方式与相变材料复合，在保持相变材料蓄传热等性能的同时提高其固载能力、循环稳定性等综合性能，仍然是本领域的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载型复合相变材料载体的制备方法，通过与相变材料的有效复合，在不影响相变材料蓄能传热等性能的同时，提高相变材料的固载能力、循环稳定性等综合性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多级结构二氧化钛基复合相变材料的制备方法，所述方法具体步骤如下：

步骤一：制备单分散的二氧化硅微球；

步骤二：制备二氧化硅/二氧化钛核壳结构复合微球，在二氧化硅微球表面包覆二氧化钛壳层；

步骤三：制备多级结构二氧化钛微球，通过碱性条件下的水热反应将二氧化硅模板溶解，并同时刻蚀二氧化钛壳层得到多级结构的二氧化钛微球；

步骤四：制备多级结构二氧化钛基复合相变材料。

进一步的，所述步骤一具体为：在正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水的混合液中，20℃-30℃条件下，磁力搅拌、加入体积浓度为25%-28%的氨水，反应3-8小时，收集固体粉末、水洗、烘干，得到直径在50-500nm范围内的二氧化硅微球。

进一步的，所述正硅酸乙酯：氨水：水：无水乙醇的摩尔比为1:（2~20）:（20~140）:（50~100）。

进一步的，所述步骤二具体为：将步骤一中制得的二氧化硅微球与低级醇和氨水（25%~28%）混合，超声分散后，在40~60℃水浴并磁力搅拌，再缓慢加入由钛源配置的混合型低级醇溶液，反应12~24小时，离心、醇洗、水洗、烘干，得到二氧化硅/二氧化钛核壳型复合微球。

进一步的，所述二氧化硅微球、氨水、钛源、低级醇的摩尔比为1:（2~20）:（1~30）:（200~1000）。

进一步的，所述的钛源包括：钛酸四丁酯、钛酸异丙酯中的一种或几种，所述的低级醇包括：甲醇、乙醇中的一种或几种。

进一步的，所述步骤三具体为：将步骤二制得的二氧化硅/二氧化钛核壳结构复合微球超声分散于浓度为0.1~10 molL^-1的氢氧化钠溶液中，所述二氧化硅/二氧化钛核壳结构复合微球、氢氧化钠的质量比为1：20~40，在密闭容器中90~200℃条件下反应2小时~10小时，冷却至室温，收集白色沉淀水洗、烘干，将产物浸泡于浓度为0.1~5 molL^-1盐酸溶液中，水洗、烘干；然后300~500℃高温煅烧1~7小时，得到多级结构二氧化钛微球。

进一步的，所述步骤四具体为：将步骤三中制得的多级结构二氧化钛微球、相变材料、乙醇混合均匀，在50~90℃水浴并磁力搅拌3~5小时，在70~100℃烘箱中烘24~72小时，然后在马弗炉中250~300℃煅烧1~3小时，得到负载型复合相变材料。