[发明专利]一种柔性光/电-热双响应相变布制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性光/电‑热双响应相变布，其以碳纤维布为基底，包括生长在碳纤维上的金属有机骨架材料，以及吸附在所述金属有机骨架材料中的相变储能材料。本发明还公开了制备方法，主要包括（1）在碳纤维布上原位合成金属有机骨架，得到碳纤维布@MOFs载体；（2）溶液浸渍法吸附相变材料，获得柔性光/电‑热双响应相变布。本发明柔性光/电‑热双响应相变布通过基底布、相变芯材和MOFs的有机结合，有效的改善有机相变材料无法实现光/电响应及其热致变形和高温泄露的缺点，具有高光/电‑热转换能力、强结构完整性、高循环稳定性和优异抗剪切性能的优势，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料和复合相变材料领域，具体涉及一种柔性光/电-热双响应相变布的制备方法。

背景技术

可再生能源在替代化石燃料的过度开发与使用方面发挥重要的作用。其中，太阳能作为一种丰富而持久的可再生能源在光电转换与光催化领域取得了显著的应用效果。但是，上述太阳能系统仍受限于能源转换效率低的问题。如果把可以同时储存与释放热能的相变材料应用到光热转换领域上将有效的提升太阳能的利用率。然而，大多数相变材料对光的吸收能力差，并且，存在热致变形的问题。此外，阳光的间歇性问题导致了热量的间断性。因此，在保障光热体系良好力学性能的同时实现热能的持续供应仍是一个挑战，开发具有优异力学性能的光/电-热双响应相变材料具有重要意义。

碳布作为一种具有优异光吸收与导电性能的柔性材料因其可以为体系提供连续的电子传输通道并促进热量的持续供应。但是，不能将碳布直接用为光/电-热双响应相变材料，这主要受限于碳布无法负载具有蓄传热性能的相变芯材。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种柔性光/电-热双响应相变布，其以碳纤维布为基底，包括生长在碳纤维上的金属有机骨架材料，以及吸附在所述金属有机骨架材料中的相变材料。一方面，MOFs孔道的表面张力、毛细作用力或者氢键作用力可将相变芯材有效地封装于孔道中，进而实现复合相变材料的高芯材负载量与高相变焓值。另一方面，碳布@MOFs的多级孔结构促进太阳光在碳布表面的聚集，增强对光源的捕获，进而提升光-热转换效率。与此同时，柔性的碳布基底为体系提供连续的电子传输通道，实现相变材料在低激发电压下由电能向热能的快速转换。此外，MOFs增加载体材料的浸润性，PCM与碳布通过MOFs实现链锁效应，增强材料的抗剪切性能。

适用于本申请的相变材料可多元醇类、脂肪酸类、直链烷烃中的一种或多种任意组合。其中，所述多元醇类包括但不限于聚乙二醇(平均分子量为1000-20000)，新戊二醇、季戊四醇等；所述脂肪酸类包括但不限于硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、月桂酸、十五烷酸、癸酸、癸二酸等；所述直链烷烃包括但不限于正十六烷、正十烷、正十四烷、正十八烷等。

本发明的另一目的在于提供上述柔性光/电-热双响应相变布的制备方法，包括以下步骤：

(1)在碳纤维布上原位合成金属有机骨架，得到碳纤维布@MOFs载体；

(2)将步骤1制备的碳纤维布@MOFs载体在40～200℃条件下抽真空2～10h，然后置于相变材料的溶液中，其中碳纤维布@MOFs载体的质量与溶液中相变材料的质量之比在1：9以上，然后在高于相变材料相变温度的条件下干燥，得到碳布@MOFs基复合相变材料。

在某些实施例中，采用如下方法进行原位合成：将碳纤维布浸泡于30mL浓HNO₃溶液中，100℃下反应3h后，真空干燥24h得到活化的碳纤维布；将活化的碳纤维布浸渍于含有可溶性金属盐与有机羧酸配体的DMF或水溶液中，其中可溶性金属盐与有机羧酸配体的摩尔比为2:1；在100-200℃下的50mL反应釜中反应12～48h，用N,N-二甲基甲酰胺(DMF) 过滤洗涤三次，去除副产物及杂质，在60～150℃下干燥4～48h，得到碳布@MOFs载体材料。