[发明专利]一种氧化钛纳米阵列复合相变材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化钛纳米阵列复合相变材料及其制备方法和应用，其中，该相变材料含有氧化钛纳米阵列以及负载在所述氧化钛纳米阵列上的有机相变材料，其中，所述有机相变材料的含量为10‑90wt％，所述氧化钛纳米阵列的含量为10‑90wt％。本发明将氧化钛纳米阵列作为载体，将相变材料与所述载体复合，形成氧化钛纳米复合相变材料。制备出的复合相变材料相变温度区间变窄、焓值明显提高，且能量对称性提高，能量利用率增大。并且由于相变材料进入阵列内部，使得液态相变材料的流动受限，能量更加集中，使得复合后的相变材料过冷度下降。对于解决目前相变材料在热能储存方面存在的诸多问题，具有良好的商业前景。

技术领域

本发明涉及一种氧化钛纳米阵列复合相变材料及其制备方法，本发明还涉及使用该相变材料在热能储存方面的应用，属于蓄热材料领域。

背景技术

相变材料(phase change materials，PCMs)指在相变过程中能够将热能以潜热的形式储存或释放，是一种高效的环境友好型调温储能材料。

相变材料具有储能密度较高、储存温度较低、近似恒温操作和储存空间较小等优点，对于解决现阶段能量供需问题、减少能量消耗、促进能源的优化利用等方面有很大的帮助。但相变材料还是存在着诸多问题，包括相变物质的泄漏、封装的耐久性和相变过程的换热效率等问题。因此，常采用包覆或负载的方法对有机相变材料进行封装，形成性能优良的复合相变储能材料。复合相变材料可以从多个角度对相变材料进行完善和改进，很大程度上拓宽了相变材料蓄热甚至蓄能的应用前景。

氧化钛是一种重要的多功能半导体材料，化学性质稳定，无毒，价格低廉。氧化钛纳米阵列的光学和电学特性，以及便于电子传输的几何特征和高比表面积等优势，使其具有优异的光电转换效率和光催化活性，并且成为一种优异的催化剂载体材料，在太阳能电池、光催化降解有机污染物、光催化制氢、传感器、制备催化剂等方面有着广阔的应用前景。

氧化钛纳米阵列复合相变材料兼具两种组分，特别是纳米材料组分的性能优势。纳米材料巨大的比表面积和界面效应束缚了液态相变材料的宏观流动，能够有效解决相变材料的熔化泄露和挥发问题，并显著提高相变材料的稳定性及与普通建筑材料的相容性，相对于其他定形基体具有明显的优势，是一种极具开发应用潜质的新型复合相变材料。

专利申请号为201310664542.4、名称为“复合相变材料及其制备方法”的专利，公开了一种采用多孔化和石墨化的炭微球作为载体提高石蜡复合相变材料的导热性能的方法，该方法得到的石蜡复合相变材料导热系数较高并且定形较好，但是以多孔化和石墨化的炭微球作为载体，其对石蜡的吸附量较低，从而导致该复合相变材料的相变焓小，并且该复合相变材料的制备方法相对繁琐复杂，不利于大规模制备，需要进一步的改进。

专利申请号为200810154238.4、名称为“石蜡类复合定形相变材料及其制备方法”的专利，公开了一种石蜡类复合定形相变材料及其制备方法，该方法以石蜡为贮热材料，采用小分子凝胶因子形成的空间网络结构作为石蜡的支撑材料，添加高密度聚乙烯作为支撑材料，该材料相变焓高、制备成本低，但其还是存在泄漏问题，大约为1％到4％的泄漏。

专利申请号为200410103475.X、名称为“一种微胶囊封装定形相变材料的制备方法”的专利，公开了一种微胶囊封装定形相变材料的制备新方法，该方法是以石蜡为相变材料，以聚苯乙烯和聚乙烯两种树脂为基本支撑材料，以加热熔融的方法进行混合包裹，冷却后粉碎制备出石蜡定形相变材料，然后以三聚氰胺改性脲醛树脂用原位聚合法对该石蜡定形相变材料进行微胶囊封装。该种材料相变焓最大达到138kJ/kg，但该种材料的制备方法繁琐且成本较高。

综合来看，已有的复合相变材料制备方法对于复合相变材料的相变焓、制备过程的成本和相变物质的泄漏等方面存在着些许问题。因此，开发出一种导热性能好，低成本，不易发生泄漏的复合相变材料，具有重要的意义。

发明内容