[发明专利]一种纳米粒子掺杂型光热转化复合相变材料的制备方法

说明书

一种纳米粒子掺杂型光热转化复合相变材料的制备方法，属于复合相变材料领域。首先原位生长法，在氧化石墨烯表面原位生长金属硫化物(CuS)颗粒，得到rGO@CuS载体材料；改变氧化石墨烯的投入量，制备出石墨烯含量不同的rGO@CuS多孔载体材料；再采用溶液浸渍法，将rGO@CuS多孔载体材料分散于配制好的含有相变芯材的溶液中，利用石墨烯的超大比表面积吸附有机相变材料，在高于相变温度下，干燥得到纳米粒子掺杂型光热转化复合相变材料。本发明利用硫化铜的高光吸收能力和石墨烯的高导热系数，同时提高了有机相变材料的光热转换性能与导热性能，制备的复合相变材料光热转化性能优异、同时具有热能存储与释放能力，循环稳定性好、工艺简单、适合规模化生产。

技术领域

本发明属于复合相变材料领域，具体涉及一种纳米粒子掺杂型光热转化复合相变材料的制备方法。

背景技术

能源是人类一切生命活动与生产生存的基础。目前，能源危机已经成为了阻碍社会发展的巨大问题。因此，开发和利用可再生能源，对于解决环境和能源问题具有重大意义。太阳能、风能、生物能、海洋能等可再生能源已被人类广泛开发，但是这些能源都存在分散性、间歇性、波动性等缺点，导致其有效使用率低。储能技术可以将不连续、随机性较强的能量存储在适当的介质中，并在需要时释放出来，实现对能量的高效利用，解决能源供求在时间和空间上不匹配的问题。相变储能材料(Phase change materials，PCMs)是近年发展起来的一类高新技术材料，利用其相变过程中产生吸热和放热效应可进行热能储存和温度调控。目前，相变材料已在建筑节能、电力调峰、废热利用、跨季节储热和储冷、食物保鲜等诸多领域有了广泛的应用。

在能源日益枯竭的今天，如何利用太阳光的能量并且高效地将其进行转化对缓解能源危机与环境污染问题起着至关重要的作用。太阳能中仅有约40％的红外光能够对物质直接加热，可见光区与紫外光区没有直接的加热能力，因此，在相变材料储热的基础上，为了提高热能的吸收与转换能力，特殊的光热转换装置与拥有光热转换能力的材料成为如何提高热效率的研究方向。

有机类相变材料作为一种固液相变材料，具有无过冷及析出、性能稳定、无毒、无腐蚀性等优点，在储能领域受到研究者的广泛关注。然而在其相变过程中会发生固态向液态的转变，为了避免其在液相状态下的泄露，需要对其加以定形才能使用。多孔基复合相变材料作为定形相变材料的最典型代表，利用比表面积大、孔隙率高的多孔基材将相变材料吸附到孔道中，能够有效防止其在固液相变时的泄露，大大降低对容器腐蚀作用。然而，由于有机类相变芯材存在吸光性较差、导热系数低的缺点，限制了其在太阳能热能存储领域中的发展。因此，强化有机相变材料的光吸收、光热转化、热传输能力，开发一种兼具光热转化能力和热能存储与释放能力的复合相变材料对于相变储能材料的有效利用及应用推广具有重要意义。

硫化铜(CuS)是一种重要的过渡金属硫化物，作为重要的一种半导体材料，具有良好的可见光吸收、光催化活性、光致发电等性能。随着纳米技术的发展，由于量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，CuS纳米材料具有块体材料无法比拟的特性。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料。同时，石墨烯也是一种黑色高吸收可见光的材料。基于CuS和石墨烯的以上特点，本发明利用硫化铜的高光吸收能力和石墨烯的高导热系数，有望同时提高有机相变材料的光热转换性能与导热性能。将这种石墨烯@纳米金属硫化物(rGO@CuS)复合颗粒分散到具有固-液相变性质的有机相变材料中，制备出兼具光热转化能力和热能存储与释放能力的复合相变材料的研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于通过制备石墨烯@硫化铜(rGO@CuS)复合物为载体材料，开发一种新型的光热转化复合相变材料，使该材料同时具有不泄露、芯材选择多样化、光热转化能力强和传热性能优异等优势。