[发明专利]一种石墨烯弹性聚合物相变复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯弹性聚合物相变复合材料及其制备方法，首先通过水热还原得到石墨烯气凝胶，然后将氧化石墨烯溶液与相变材料混合，通过Pickering乳液法制备相变微胶囊，最后将一定比例的相变微胶囊与弹性聚合物乳液混合液通过真空浸渍与石墨烯气凝胶进行复合，经过真空冻干，得到石墨烯弹性聚合物相变复合材料。与现有技术相比，本发明以石墨烯气凝胶作为骨架，为复合材料提供导热改性，通过复杂的孔隙结构为相变材料提供封装环境，可有效解决相变复合材料的易泄露、导热差两大技术瓶颈；弹性聚合物的复合加固了石墨烯骨架，进一步对相变材料封装的同时，可为复合材料提供优异的力学性能，因此可实现特殊条件下的储能应用。

技术领域

本发明涉及石墨烯纳米复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯弹性聚合物相变复合材料及其制备方法。

背景技术

如今，随着工业文明的高度发展，传统化石能源紧缺以及环境污染等问题随之而来，可再生能源的开发利用成为了社会可持续发展的关键，而由于可再生能源与生俱来的能量分布不均匀及不确定的特点，在能源转换体系中往往需要一个储能环节，从而解决能源利用在时间和空间上的不匹配问题，提高能源的利用率。相变材料利用相转变过程可以实现能量的储存和释放，是一种理想的储能介质，所以获得了研究者的关注。

在相变过程中以潜热形式存储或释放热能的有机相变材料由于其高存储容量，可调节的相变温度，是用于太阳能转换和存储的有效的先进能量存储材料之一。其中有机相变材料具有优良热稳定性和化学稳定性，无腐蚀性，低过冷度等优点，在太阳能，建筑物，废热回收，电子/电池热管理，智能纺织品等方面具有巨大的应用潜力。但由于低导热率、易泄露的性能缺陷，限制了有机相变材料的广泛应用。另一方面，在军事，电子器件等特殊领域，往往会对相变复合材料的力学性能有一定要求，比如对热界面材料来说，往往需要其具有一定的柔韧性以更好的起到填充界面空隙的作用。

石墨烯由于其特殊的二维蜂窝状晶格结构，表现出优异的力学、电学等性能，并且具有极高的热导率，实验室理论数据高达5300W/(m·K)。石墨烯的制备方法有很多，包括机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法和氧化还原法等，其中氧化还原法具有制备工艺简单，成本低廉的优点，是目前广泛使用的制备石墨烯的方法。具体包括石墨的氧化，氧化石墨的剥离以及氧化石墨烯的还原三个过程。氧化石墨烯作为石墨烯的重要功能化产物及前驱体，具有两亲性，方便于后续处理与应用。目前在相变储能领域，针对有机相变材料低导热率、易泄露的性能缺陷，石墨烯与氧化石墨烯主要被用作导热填料或相变微胶囊壁材。用作导热填料时，主要是通过机械共混的方式将石墨烯分散在相变材料中，利用其高导热的特点起到提高导热性能的作用。用作相变微胶囊壁材是利用氧化石墨烯的两亲性，制备一种由氧化石墨烯包裹的相变复合材料，对相变材料进行封装，提高相变材料的抗泄露性能。

虽然石墨烯的本征热导率高，作导热填料其导热改性效果比普通导热填料要好，但这种通过机械共混得到的复合材料在重复使用的过程中极不稳定，会逐渐发生沉降分层现象，改性效果会慢慢下降，影响了材料的重复使用特性。另外氧化石墨烯作为相变微胶囊壁材，掺量较高时会较大程度影响相变材料的储能性能，而在掺量较低的情况下，仍然避免不了相变材料的泄露。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种导热性能优良、温度稳定性好的石墨烯弹性聚合物相变复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种石墨烯弹性聚合物相变复合材料，该复合材料包括石墨烯气凝胶骨架、填充在由石墨烯气凝胶骨架形成的网络中的弹性聚合物以及包裹在墨烯气凝胶骨架外的相变微胶囊，所述弹性聚合物选自聚2-氯丁二烯、苯丙乳液、丁苯乳液或环氧树脂中的一种，所述石墨烯气凝胶骨架的质量占复合材料总质量的1％～10％，所述弹性聚合物与相变微胶囊的质量比为1：(1～5)。