[发明专利]一种碳化硅气凝胶基复合相变储热材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳化硅气凝胶基复合相变储热材料，属于有机‑无机复合功能材料技术领域。该碳化硅气凝胶基复合相变储热材料由质量百分比为84.4％～99.1％的相变物质和0.9％～15.6％的碳化硅制成。采用真空浸渍法将相变物质均匀填充在三维联通网络结构的碳化硅纳米线气凝胶的空隙中，所得碳化硅气凝胶基复合相变储热材料的相变潜热为相变物质理论潜热的84％～99％，热导率为相变物质热导率的1.5～3倍，且循环100次以上无泄漏现象，相变潜热衰减低于1％；在相变物质吸热熔化的条件下，仍能保持完整的形状，抗压强度不低于0.1MPa，且在空气气氛下300℃加热1h，可完全去除相变物质，获得完整的碳化硅气凝胶，回收用于碳化硅气凝胶基复合相变储热材料再制备。

技术领域

本发明属于有机-无机复合功能材料技术领域，具体涉及一种碳化硅气凝胶基复合相变储热材料及其制备方法和应用。

背景技术

相变储热材料通过相变过程在一个窄的温度区间内吸收和释放潜热，一般有固-液、液-气和固-固相变三种形式，目前固-液相变储能材料的研究和应用最为广泛。其工作原理为：当环境温度高于相变温度时，材料由固态转变为液态并吸收热量；而当环境温度低于相变点时，材料由液态转变为固态释放热量，从而维持环境温度在适宜水平。相变储能材料响应温度变化所吸收和释放的是热能，在能源高效利用和节能保温领域有着重要的应用价值。如在航天热防护系统、电力调峰、现代农业温室、电子元器件散热、太阳能储热供暖、调温纺织品、工业余热回收和红外热隐身等方面拥有广阔的市场前景。

现有的相变储热材料存在导热率低和熔化后易泄露的问题，这在一定程度上限制了其单独使用，通常需要混入石墨和金属颗粒等导热率高的材料来提高有机相变储热材料导热率。防止泄露的常用方法是将有机相变物质封装在基体材料中制备定形复合相变储热材料，常用的基体材料包括：多孔陶瓷、混凝土、聚合物、天然粘土等。在这些基体材料中，多孔陶瓷由于孔隙率高、孔径可调、结构稳定、机械性能好、易于加工等优势，被认为是一种理想的基体材料。由于多孔陶瓷与有机相变物质表面差异性较大，界面连接主要为物理结合，界面热阻较大，降低了复合材料的传热效率，从而影响材料的热性能。常用的直接混入石墨和金属颗粒等方法因无法很好的解决复合材料界面传热问题，对复合材料的性能提升效果有限。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳化硅气凝胶基复合相变储热材料及其制备方法，用于解决相变材料易泄露、储热容量低、热导率低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种碳化硅气凝胶基复合相变储热材料，以质量百分比计，由84.4％～99.1％的相变物质和0.9％～15.6％的碳化硅制得；

所用碳化硅为具有三维联通网络结构的碳化硅纳米线气凝胶，相变物质均匀填充在碳化硅纳米线气凝胶的空隙中。

优选地，所述碳化硅纳米线气凝胶中纳米线的直径为20～110nm，长度为20～500μm。

优选地，所述相变物质为硬脂酸、石蜡、癸酸和月桂酸中的一种或几种。

优选地，该碳化硅气凝胶基复合相变储热材料在相变物质吸热熔化的条件下，仍能保持完整的形状，且抗压强度不低于0.1MPa。

优选地，该碳化硅气凝胶基复合相变储热材料在空气气氛下300℃加热1小时，能够完全去除相变物质，获得完整的碳化硅气凝胶。

本发明还公开了上述的碳化硅气凝胶基复合相变储热材料的制备方法，包括：将碳化硅纳米线气凝胶加工为所需尺寸后放入模具中，再将相变物质熔化后加入模具中，真空反应，得到碳化硅气凝胶基复合相变储能材料。

优选地，将模具放在70～120℃加热台上预热，所述相变物质在70～120℃下加热熔化。

优选地，抽真空至-0.8Ma个大气压，保持30分钟。