[发明专利]一种防泄漏蜂窝状等级孔陶瓷基光热储存材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种防泄漏蜂窝状等级孔陶瓷基光热储存材料及制备方法，按照质量百分比计包括以下组分：40%‑75%的导热强化材料、0.5%‑1%的光热材料和25%‑60%的相变材料；导热强化材料是由氮化铝粉末和氮化铝晶须通过冷冻溶剂混合、凝固并升华制得的具有上下连通蜂窝状结构的材料。本发明通过冷冻液叔丁醇与氮化铝陶瓷粉末和晶须球磨混合制成陶瓷浆料，叔丁醇在自下而上的温度梯度方向上凝固形成垂直晶体，随后晶体在低压下升华留下孔隙。本发明采用氮化铝陶瓷材料作为导热增强体，显著提高了相变基体的热导率，百分之八十孔隙率之下热导率达21W/m‑K；设计的蜂窝状等级孔解决了相变材料相变泄露问题，同时与氮化钛纳米颗粒集成，实现了95%的全光谱吸收率。

技术领域

本发明属于储能材料，尤其涉及一种防泄漏蜂窝状等级孔陶瓷基光热储存材料及制备方法。

背景技术

发展可再生能源成为了当今重点关注的问题。太阳能因为清洁安全，储量丰富而成为可再生能源中考虑的重点对象。由于自然原因，昼夜交替、阴晴不定导致太阳能具有间歇不连续性，导致能量获取和利用在时间和空间不匹配。储热技术可有效解决这一问题，其中相变储热利用物质的相变特性进行热量的存储和释放，储热密度高，装置结构紧凑且现变过程接近等温，易于控制。但是，相变储热中的核心相变材料吸光能力弱，热导率低，固液相变时出现泄漏问题严重阻碍了相变储热在太阳能利用中的发展。在相变材料加入金银等金属颗粒可有效提高光谱吸收率，但是价格昂贵不利于大规模应用。目前提高相变材料热导率的手段主要是添加高导热填料或者将相变材料注入多孔基体中，高导热填料和多孔基体常采用碳基和金属材料，它们在高温下容易被氧化且易受熔盐腐蚀，因此需要选用耐腐蚀的陶瓷作为导热增强材料。对于相变材料固液相变过程中的泄露问题，可采用封装的方式，但是这样会增加传热介质与相变材料之间的热阻，降低传热效率的同时增加成本。对此，发展一种低成本具有高效吸光性、快速导热且防泄露的陶瓷基光热储存材料十分重要。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种防泄漏的具有蜂窝状等级孔的陶瓷基光热储存材料；本发明的第二目的在于提供上述陶瓷基光热储存材料的制备方法。

技术方案：本发明的一种防泄漏蜂窝状等级孔陶瓷基光热储存材料，按照质量百分比计包括以下组分：40%-75%的导热强化材料、0.5%-1%的光热材料和25%-60%的相变材料；其中，所述导热强化材料是由氮化铝粉末和氮化铝晶须通过冷冻溶剂混合、凝固并升华制得的具有上下连通蜂窝状结构的材料。

进一步的，所述相变材料包括石蜡、糖醇或硝酸盐中的任一种。

进一步的，所述光热材料为氮化钛纳米颗粒。平均粒径为50nm，光热材料为任何一种具有高光谱吸收特性的物质，氮化钛纳米颗粒具有等离激元体特性。

进一步的，所述由氮化铝粉末和氮化铝晶须的质量比为6~7：3~4。氮化铝粉末的粒径为2μm，具有良好的导热性能且耐高温耐腐蚀；单晶体氮化铝晶须的长度为5-15μm，直径为0.1-1μm，加入的氮化铝晶须增强了陶瓷骨架的韧性和导热性能。

上述的防泄漏蜂窝状等级孔陶瓷基光热储存材料的制备方法，（1）取氮化铝粉末、氮化铝晶须、烧结剂、聚乙烯醇缩丁醛酯和冷冻溶剂球磨混合得到浆料；

（2）取浆料置于模具中进行冷冻干燥得到生坯；

（3）将生胚置于热压炉中加热烧结得到蜂窝状等级孔氮化铝骨架；

（4）将氮化铝骨架上滴氮化钛与乙醇混合液，再置于马弗炉中烧制，得到蜂窝状氮化铝-氮化钛骨架，然后将氮化铝-氮化钛骨架与相变材料置于烘箱中浸渍，得到防泄漏蜂窝状等级孔陶瓷基光热储存材料。

进一步的，所述步骤（1）中，烧结剂、聚乙烯醇缩丁醛酯和冷冻溶剂的质量比为3：1：15~18。

进一步的，所述烧结剂为氧化钇、氧化铝、氧化镧、氟化钇、氟化钙中的任意一种；所述冷冻溶剂为叔丁醇。