[发明专利]一种相变微胶囊及其制备方法和应用

说明书

本发明属于变微胶囊材料技术领域，公开了一种相变微胶囊及其制备方法和应用。所述相变微胶囊是先制备出分散相、连续相和收集相，再基于两相同轴流型微流控芯片，通过调节分散相和连续相的流速，使分散相通过微流控芯片末端进入收集相中，分散相中2,4‑二异氰酸酯和收集相中的二乙烯三胺在液滴的表面发生反应，生成的聚脲高分子聚合物薄膜层将混合有纳米颗粒的相变材料包裹；干燥后得到粒径均匀，壳层稳定，芯材中包含纳米颗粒的相变微胶囊。实现了对相变微胶囊粒径的精确控制，适用于相变微胶囊的工业生产。

技术领域

本发明属于变微胶囊材料技术领域，更具体地，涉及一种相变微胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

在相变储能材料的利用过程中，为了防止相变材料与外界的相互作用，通常采用微胶囊化技术，利用高分子聚合物把相变材料包覆起来，形成具有稳定的核壳结构的相变微胶囊。相变微胶囊作为一种新型传热介质，具有储热能量大，比表面积大，换热效率高的优点。但是，以石蜡，烷烃为代表的不同碳原子数的有机相变材料成为相变微胶囊的芯材之后，当相变材料由液态变为固态时，相变材料的结晶温度降低，从而出现过冷现象，使得相变微胶囊的应用受到限制。

针对降低相变微胶囊的过冷问题，其主要手段是通过在相变材料中添加成核剂来促进其结晶过程中的异质成核，从而减小其过冷现象。Yasushi、Zhang、J.L.Alvarado、Refat Al-Shannaq和Fan等人尝试在相变微胶囊的芯材中混入不同的材料作为成核剂用来探究相变微胶囊的相变过冷问题。但是采用传统的微胶囊制备方法一方面相变微胶囊的粒径大小不均一，另一方面相变微胶囊中包裹的成核剂数量无法精确控制。因此传统的制备方法不利于相变微胶囊的热物性的研究以及工业应用。

目前，学术界已经实现利用微流控技术制备得到粒径可控，大小均一的微胶囊。但是，基于微流控技术，对纳米颗粒的浓度与相变微胶囊的过冷度之间量化关系研究尚未见任何报道。

发明内容

为了解决上述现有方法存在的制备相变微胶囊粒径不均一，成核数量分布不均匀的缺点，本发明目的在于提供一种相变微胶囊过冷度的量化调控方法。该方法使用微流控技术制备芯材中混入纳米颗粒，粒径均匀，大小可控的相变微胶囊，通过精确控制成核剂的数量，对相变微胶囊的过冷度进行量化调控。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种相变微胶囊，所述相变微胶囊是将2,4-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和纳米颗粒加入到相变材料中搅拌均匀，并超声充分混合，得到分散相；将十二烷基苯磺酸钠和聚苯乙烯马来酸酐加入到去离子水中搅拌，得到连续相；十二烷基苯磺酸钠和二乙烯三胺加入到去离子水中搅拌，得到收集相；注入不同纳米颗粒浓度的分散相，调节分散相和连续相的流速，使分散相在微流控芯片末端进入收集相中，分散相中2,4-二异氰酸酯和收集相中的二乙烯三胺在液滴的表面发生反应后干燥制得。

优选地，所述相变材料为C的原子数为16～23的直链烷烃；所述纳米颗粒为金属、金属氧化物、非金属氧化物或石墨烯。

更为优选地，所述金属氧化物为TiO₂纳米颗粒、Al₂O₃纳米颗粒或ZnO纳米颗粒，所述金属为Cu或Fe，所述非金属氧化物为SiO₂。

优选地，所述2,4-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、纳米颗粒和相变材料的质量比为(1～2)：(2～4)：(0.01～5)：100。

优选地，所述连续相中十二烷基苯磺酸钠、聚苯乙烯马来酸酐和去离子水的质量比为(1～5)：(2～8)：100。

优选地，所述收集相中十二烷基苯磺酸钠、二乙烯三胺和去离子水的质量比为(1～5)：(1～6)：100。