[发明专利]石墨烯复合相变材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及相变材料领域，公开了一种石墨烯复合相变材料及其制备方法和应用。该方法包括：在乙醇水溶液存在下，将羟基化Fe₃O₄纳米颗粒和硅烷偶联剂进行第一接触反应，得到氨基化四氧化三铁；在水存在下，将氧化石墨烯、左旋抗坏血酸和所述氨基化四氧化三铁进行第二接触反应，得到石墨烯水凝胶；将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到石墨烯泡沫；将熔融态的石蜡与所述石墨烯泡沫进行第三接触反应，得到所述石墨烯复合相变材料。本发明的石墨烯复合相变材料具有稳固的三维结构，同时还具有比表面积大、相变焓高的特点。

技术领域

本发明涉及相变材料领域，具体涉及一种石墨烯复合相变材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，相变材料的储能技术与温度管理技术正得到越来越广泛的关注。

相变材料根据组成成分可以分为无机相变材料、有机相变材料以及混合相变材料；有机相变材料的固体状态成型较好，一般不会出现过冷现象，并且性能稳定，成本较低。

然而，单一的相变材料导热率低，导致相变材料在能量储存与释放时受到限制，换热效率低，严重影响相变材料温度调节与相变材料的温度灵敏性。为了获得导热性能稳定的相变材料，研究人员在通常在制备相变材料时引入导热填料。

石墨烯单层导热率5300W/mk，导电率达10⁶S/cm，广泛应用在导电和导热领域，将石墨烯做成多孔气凝胶，与相变材料进行结合，从而获得结构更稳定、性能更优异的石墨烯复合相变材料。

CN113980654A公开了一种石墨烯合金复合相变材料及其制备方法和用途，采用有机金属化合物改性石墨烯，大大提高了石墨烯层与层之间的内导热系数，同时掺杂导热系数很高的液态金属，并与相变基体材料进行复合获得了新型石墨烯合金复合相变材料。然而，该方法仍然存在比表面积较小，制备成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术提供的石墨烯复合相变材料无法兼顾比表面积大且相变焓高的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备石墨烯复合相变材料的方法，包括：

(1)在乙醇水溶液存在下，将羟基化Fe₃O₄纳米颗粒和硅烷偶联剂进行第一接触反应，得到氨基化四氧化三铁；所述羟基化Fe₃O₄纳米颗粒的平均粒径为30-50nm；

(2)在水存在下，将氧化石墨烯、左旋抗坏血酸和所述氨基化四氧化三铁进行第二接触反应，得到石墨烯水凝胶；

(3)将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到石墨烯泡沫；

(4)将熔融态的石蜡与所述石墨烯泡沫进行第三接触反应，得到所述石墨烯复合相变材料。

优选地，在步骤(1)中，所述羟基化Fe₃O₄纳米颗粒和所述硅烷偶联剂的用量重量比为1：1.1-1.5。

优选地，在步骤(1)中，所述第一接触反应的条件包括：温度为50-80℃，时间为10-15h，转速为200-400rpm。

优选情况下，在步骤(2)中，所述氧化石墨烯、所述左旋抗坏血酸和所述氨基化四氧化三铁的用量重量比为1：2-4：0.12-0.2。

优选地，在步骤(2)中，所述第二接触反应的条件包括：温度为40-60℃，时间为8-12h。

优选情况下，在步骤(3)中，在将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥之前，先将所述石墨烯水凝胶进行预处理，所述预处理的操作包括：