[发明专利]一种超疏水相变储能材料微胶囊及其制备方法

说明书

一种超疏水相变储能材料微胶囊及其制备方法，属于相变储能材料技术领域。所述微胶囊由有机相变材料芯、无机氧化物内层壳和纳米花状氧化锌外层壳组成，具有“核－壳”结构；制备方法：采用乳液模板界面聚合法制备无机氧化物内层壳包覆的有机相变材料微胶囊，然后在表面活性剂、结构诱导剂和pH调节剂的作用下，通过锌源的水解和锌离子在所述微胶囊内层壳表面的诱导成核结晶，构建成具有纳米花状氧化锌外壳层组成的粗糙表面，采用无卤低表面能修饰剂对所述花状氧化锌外壳层表面进行修饰，获得静态水接触角大于160°的超疏水性能。本发明的相变材料微胶囊用于热能储存、热温调节和热管理，具有自清洁、防污、高效润滑、环境友好等特点。

技术领域

本发明涉及一种相变储能材料微胶囊，尤其涉及一种具有超疏水功能的相变储能材料微胶囊及其制备方法，属于相变储能材料技术领域。

背景技术

能源是人类社会生存和发展的基础，开发和利用新能源能满足人类从基本生存到社会和经济发展的各种需求。然而，随着全球工业的高速发展，化石能源(如石油、煤、天然气等) 供应日益紧缺，也日渐成为制约社会和经济发展的瓶颈。如何提高能源利用效率和开发应用可再生能源己成为人类面临的重要课题。能量储存材料在经济和社会的可持续发展中起着至关重要的作用，因为它们不仅可以通过利用废热和太阳能的热能从而减少化石能源的利用，还可以通过提高能源效率，消除能源利用率和可用性之间的差距。其中相变储能是利用相变材料发生相变时吸收或放出大量热量而实现储能或释能，这种材料具有相变过程温度恒定、储能密度大、储能效率高以及可逆性好等优点，受到了广泛关注和研究。

虽然相变材料可以很好地提高能源利用率，但是在使用过程中其自身的缺点如导热性不好、腐蚀性和化学性质不稳定等限制了其应用。为了克服这些缺点，人们利用封装技术将相变材料封装在特定的容器内应用于各种领域中。其中微胶囊封装技术得到了人们的青睐。微胶囊封装技术是一种用膜材料将相变材料封装为微胶囊形状的技术，其具有“核–壳”结构，核内的材料即相变材料又被称为芯材，壁壳材料可分为有机壁材、无机壁材和有机–无机复合壁材三类。微胶囊技术不仅防止了内芯的泄露，提高相变材料的可操作性，而且提高了相变材料的热稳定性和热传导率。以无机材料作为壁材的微胶囊不仅具有高强度、难燃性、高热稳定性、高导热性和材质更致密等特性，所形成的“核–壳”型微胶囊结构更加稳定，还可以使合成的相变材料微胶囊具备光致发光性、抗菌性、电磁特性等特殊物理化学性能。如中国专利CN 105238361 A公开了一种银/二氧化硅为壁材包覆的相变材料微胶囊制备方法，使微胶囊兼具热调节和抗菌性能。又如中国专利CN 103980864 A公开了一种四氧化三铁/二氧化硅杂化壁材包覆相变材料的微胶囊合成方法，该相变材料微胶囊既具有磁性功能，又具热能存储及调温功能。

润湿性被认为是一种材料最重要的表面特性之一，其取决于材料的形貌和表面结构。材料的超疏水性意味着极端的水排斥性，由于高度疏水的表面与静态水的接触角大于150°使得材料具有超疏水特性，可获得自清洁、防污性能强，高润滑，超干表面，减少流体阻力等特殊优点。而产生超疏水表面主要有两种途径：一种是通过在低表面能上制备纳米结构表面，直接提高表面粗糙度。另一种是为所制备材料创造一个粗糙的表面，然后利用低表面能物质修饰该粗糙表面，从而降低表面能。预计相变材料微胶囊与超疏水表面的结合可以创造一种新型的兼具储能和超疏水功能的双功能材料。这样一种超疏水相变储能材料具有热管理、节能、自洁、防污、高效润滑等功效特点，将适用于汽车，建筑，换热器，医疗设备，电池系统，电子元件，微流体装置，户外纺织品，石油输送管道和结构防护等多个领域。因此，设计和制备一种具有超疏水特性的相变储能材料，将展现广阔的应用前景。

发明内容