[发明专利]一种石墨烯基电热相变材料的制备方法

说明书

本发明属于纳米复合材料和复合相变材料领域，具体涉及一种石墨烯基电热相变材料的制备方法。本发明采用原位合成的方法在氧化石墨烯的表面上包覆金属有机骨架，通过高温煅烧的方式制备出具有高导电/热能力的三维碳纳米管贯穿多孔碳载体，有效改善有机相变材料低电/热传导能力的缺点。通过物理研磨法制备的复合电热材料可以在0.7V的低电压下激发热量，在1.2V的激发电压下可实现85.7％的电热转换效率。该材料制备方法简单，具有高循环稳定性和芯材选择范围广等优势，拥有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料和复合相变材料领域，具体涉及一种石墨烯基电热相变材料的制备方法。

背景技术

当今社会，随着自然消耗和环境污染不断增加，热能储存材料在解决能源供需不平衡上发挥着重要作用。电热相变材料作为一种新型热能存储材料，可以将自然界中间断性的能源集中起来，并以连续的方式输送出去，因此在能源存储与转换领域有重要意义。理想的电热相变材料需要在低激发电压下实现高电热转换效率。降低电阻可以有效的降低电热体系的施加电压。例如，纳米碳材料具有超高导电/传热能力、高机械强度、高化学稳定性和小对流换热系数，将低维纳米碳组装成三维网络结构可降低该电热体系的施加电压。然而，在实际生产的过程中，固-气界面处的对流散热损失会影响材料的电热转换效率。因此，目前已有的电热相变材料无法实现激发电压与电热转换效率的协同增强，创造一种制备简单、成本低廉的高效电热相变材料是一个急需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的提供一种新型高效电热相变材料。复合电热相变材料载体采用原位合成的方法在氧化石墨烯表面上包覆金属有机骨架，通过高温煅烧的方式制备出石墨烯多孔碳载体，得到三维结构石墨烯基载体材料，采用研磨法装载不同相变芯材，所制备的复合相变材料能够在低激发电压下激发热量，同时可有效改善电热相变材料的电热转换效率低的缺点，具有循环稳定性高、芯材选择范围广等优势，具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案是：1)首先，在氧化石墨烯(GO)上原位合成金属有机骨架，将其产物在氮气氛围下高温煅烧，制备一种石墨烯@多孔碳载体，通过构筑该三维结构，提升石墨烯在复合物中的分散性，在提升复合相变材料的电导率的前提下保证复合相变材料的高负载量。2)采用物理混合法，将制备的石墨烯多孔碳材料与相变芯材直接研磨，得到石墨烯多孔碳基电热相变材料。具体制备步骤为：

(1)石墨烯多孔碳载体材料的制备：将氧化石墨烯(GO)分散至N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，其中GO的浓度为1mg/mL，超声30min后，搅拌12h。向溶液中加入定量的可溶性金属盐与有机羧酸配体，其中每15mg GO中加入1mmol可溶性金属盐，可溶性金属盐与有机羧酸配体的摩尔比为2:1；完全溶解后，以5mg/mL的配比加入三乙胺，搅拌反应2h；过滤后用DMF过滤洗涤；在60～150℃下干燥4～48h；将干燥后的产物以1～5℃/min的速率升温至800-1000℃，并在该温度下保温6h，再以1～5℃/min的速率降温至室温，得到氧化石墨烯多孔碳载体材料；

(2)电热相变材料的制备：将上述制备的石墨烯多孔碳载体材料与相变芯材按照大于等于1:9的配比研磨0.5～1h，得到石墨烯多孔碳基复合相变材料。

所述步骤2中的相变芯材包括：多元醇类：聚乙二醇(平均分子量为1000-20000)，新戊二醇、季戊四醇等；脂肪酸类：硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、月桂酸、十五烷酸、癸酸、癸二酸等；直链烷烃：正十六烷；正十烷；正十四烷；正十八烷；相变芯材的选择为以上可溶性相变材料中的一种或几种。

步骤1中的可溶性金属盐包括：硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜、硝酸铬、氯化铬、硫酸铬、醋酸铬、硝酸锆、氯化锆、硫酸锆、醋酸锆、硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍、硝酸铝、硫酸铝、醋酸铝、氯化铝、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硫酸钛硝酸钛、氯化钛等其中的一种或几种；