[发明专利]一种多维度组装光热相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多维度组装光热相变材料，包括一维碳基底、多级结构碳化物以及吸附在所述骨架材料中的相变储能材料。本发光热转换相变材料有效的解决了传统有机相变材料单一余热储能的功能局限性问题；并且，独特的多维度组装结构有效的增加光程，降低体系的光学损耗；同时，相变材料的吸热特性使其在储能的同时，有效降低体系的热学损耗，进一步增强材料的光热转换效率；此外，通过调控非极性有机相变芯材的C‑H键与碳载体离域π电子间的C‑H···π非键弱相互作用，增大复合相变材料的相变焓值，显著提升相变储能效率。本方法制备的复合相变材料具有高光热转换效率、高储能密度和高循环稳定性的显著优势，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，具体涉及一种多维度组装光热相变材料及其制备方法。

背景技术

相变储能以相变材料为载体，是在储能技术领域被研究最广泛的一类。相变材料具有储能密度大，循环性好，在发生相变过程中材料内部温度均匀，因此相变材料被广泛的应用于冷链运输、建筑节能、太阳能储存、电子设备、纤维纺织等领域。但是由于相变材料工作过程中会发生固-气、液-气等相变过程，由固体相、液体相到容器体积变化很大，因此相变材料不易被封装且容易泄漏。为了解决相比材料工作中不易被封装、易泄漏的问题，可采用封装技术将相变材料与载体复合，制备得到的复合相变储能材料具有良好的形状、稳定性较高。因此，固-液相变材料的实用性和安全性得到有效保障。多孔材料可作为复合相比材料的载体，普遍具有比表面积大、孔隙结构发达、吸附能力强和热稳定性好的特点。且多孔材料具有一维、二维和三维结构，可满足不同蓄热领域的需求。因此，以多孔介质为支撑载体制备复合相变储能材料是一个优选方法。多孔基复合定形法以多孔介质为载体，利用其自身具有的毛细作用力、表面张力和氢键作用力等将相变材料稳固在多孔介质的孔道中，进而提高相变材料的稳定性，相变材料熔融泄漏的问题便可以得到有效解决。但是，目前相变材料仍普遍存在蓄传热方式单一的问题。

光能作为目前最有效的可再生能源，取之不尽用之不竭。然而光能间歇性的特性限制其在光照强度弱及夜间的使用。将光热材料引入复合相变材料体系中，获得光热相变材料，可以有效的解决能量供应的间歇性问题。光热相变材料在白天可以自发进行光热转换，夜晚再将吸收的热量释放出去，因此，在取代煤炭燃烧等传统供热方式上，拥有极好的应用前景。同时，相变材料的吸放热特性可以使材料维持恒定的温度，可以有效的改善传统供热方式热量分布不均匀的难题。光热材料在白天通过光照射，分子会从低轨道状态到高轨道状态，使电子从基态跃迁到激发态，之后，被激发的电子通过非辐射弛豫、能量转移或猝灭等过程把能量释放回基态，整个过程通过电子跃迁实现热量的吸收和释放，继而实现和增强太阳能的光热转换。然而，当前的光热相变材料，仍存在光热转换效率低的难题。此外，当前复合相变材料因多孔载体的限域效应，导致相变芯材潜热无法完全释放。

发明内容

一方面，本发明提供一种多维度组装光热相变材料，包括一维碳基底，生长在碳基底上的多级结构碳化物，所述多级结构碳化物在所述一维碳基底表面形成孔道；以及吸附在所述孔道中的非极性有机相变材料(相变芯材)；所述一维碳基底具有SP2杂化C的π电子，与所述非极性有机相变材料形成分子间弱相互作用。光热转换相变材料通过一维碳基底、多级结构碳化物和非极性有机相变芯材的功能组装，有效的解决了传统有机相变材料单一余热储能的功能局限性问题；并且，光热相变材料独特的多维度组装结构有效的增加光程，相变储能材料的吸热特性，进一步增强材料的光热转换效率；此外，通过调控非极性有机相变芯材的C-H键与一维碳材料离域π电子间的C-H···π非键弱相互作用，增大复合相变材料的相变焓值。

适用于本申请的非极性有机相变芯材包括：石蜡系烃、直链烷烃中的一种或多种任意组合，其中石蜡系烃可以为正十烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷、正十八烷等直链烷烃，以及碳原子数约为18～30的石蜡系烃。

另一方面，本发明提供高效光热相变材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在碳材料基底上原位合成2D-ZIF骨架，得到碳@2D-ZIF前驱体；