[发明专利]天然木材衍生复合相变储能导电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种天然木材衍生复合相变储能导电材料及其制备方法，其制备方法包括：将木浆通过TEMPO氧化法制备得到纤维素纳米纤维过程；纤维素气凝胶制备过程；纤维素衍生碳纳米纤维气凝胶制备过程；有机相变材料熔融过程；碳纳米纤维气凝胶真空浸渍复合有机相变材料过程；复合后所得产品吸附并冷却的过程；本发明的复合相变材料具有高电导率、高热导率，且形状稳定，同时使用天然生物基材料，具有良好的环境友好性；本发明的制备方法由碳纳米纤维气凝胶作为支撑材料，有机相变材料作为芯材，有机相变材料充分填充多孔碳纳米纤维气凝胶的孔隙而得到；本发明的制备方法简单且对环境友好，在太阳能、热能以及电池材料领域有极大的应用潜力。

技术领域

本发明属于相变储能材料及导电材料技术领域，具体涉及一种天然木材衍生复合相变储能导电材料及其制备方法。

背景技术

因为化石能源的枯竭，太阳能、热能等可持续能源的开发是科学和工程领域的热点问题之一。热能储存系统是最受欢迎的能源回收系统之一，通常采用相变材料作为工作材料，因其具有高潜热、适当的相变温度范围和高热稳定性的特点。目前相变材料已广泛应用于能源领域，包括太阳能电池、智能纺织品、储能建筑材料以及工业余热回收等。从相变材料的类别来看，由于固液相变下的高潜热，通常在能量存储系统中研究固液转变的相变材料。然而，由于固液相变材料在熔化和冷却过程中存在泄漏问题，极大地限制了其应用范围。为了制造形状稳定的相变材料，需要一些支撑材料来改善其尺寸稳定性。

碳气凝胶由于其优异的物理性质而广泛用于可再生能源转换和环境科学，例如极低密度、3D互连孔隙率、高比表面积和较高导热率，以及可以进行有效的光热转换。特别是，电子可以沿着碳气凝胶的3D碳骨架快速移动。另外，碳气凝胶高的比表面积和孔隙率可以作为相变材料的基底。目前应用较多的是碳纳米管和石墨烯为原料制备的碳气凝胶材料。然而，合成碳纳米管和石墨烯气凝胶涉及到昂贵且有害的前驱体以及复杂的设备，使得这类碳气凝胶在能源和环境方面的应用性价比不能与传统酚醛树脂衍生的碳气凝胶竞争，因此希望探索廉价、绿色和可扩展的原料和工艺以降低制造成本和对环境的压力。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种天然木材衍生复合相变储能导电材料的制备方法。

本发明的第二个目的是提供上述天然木材衍生复合相变储能导电材料。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

本发明的目的是将木浆通过TEMPO氧化法制备得到纤维素纳米纤维，然后使纤维在盐酸作用下形成水凝胶，通过冻干法制备得到纤维素气凝胶。再将纤维素气凝胶经碳化得到3D多孔碳纳米纤维气凝胶。最后将有机相变材料熔融并与碳纳米纤维气凝胶通过真空浸渍法复合，得到复合相变储能导电材料。

一种天然木材衍生复合相变储能导电材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、将木浆分散在含有2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物和溴化钠的水溶液内，得到纸浆悬浮液；投加酸液调节次氯酸钠溶液的pH值为9-10，并将其于25-30℃下加入至纸浆悬浮液内，得到第一混合物；投加碱液调节混合物的pH值为9-10，得到第二混合物，将第二混合物经过漂洗，超声，得到纤维素纳米纤维(NFC)分散体；

(2)、将纤维素纳米纤维(NFC)分散体倒入模具并一起缓慢地加入盐酸溶液内，得到纤维素纳米纤维(NFC)水凝胶；将纤维素纳米纤维(NFC)水凝胶加入含有试剂A的叔丁醇溶液内，干燥，得到纤维素气凝胶；

(3)、在氮气或氩气氛围下，将纤维素气凝胶加热，并在450-500℃下保持0.5-2h；然后以5℃/min的速度加热至800-1000℃，保温1.5-2.5h，之后冷却至20-25℃，得到碳纳米纤维气凝胶；

(4)、将有机相变材料置于培养皿内并放入真空环境下，70-90℃下成液态，抽真空10-60min；