本發明涉及相變材料領域，具體涉及一種三維復合氣凝膠相變材料。

背景技術：

1、隨著能源危機加劇，環境污染嚴重和能源浪費嚴重等問題的加深，相變儲能是通過材料在相變過程中吸/放熱而實現能量的儲存和釋放。相變儲能材料是一種綠色節能環保材料，是相變儲能技術的關鍵載體，具有能量密度高，工作溫度恒定和體積幾乎不變等優點，是當前儲能技術領域的重點研究對象之一。

2、相變材料是指在一定的溫度范圍內可改變物理狀態的材料，以環境與體系的溫度差為推動力，實現儲、放熱功能，并且在相變過程中，材料的溫度幾乎保持不變。它因具有儲能密度大、儲能能力強、溫度恒定等優點，在智能調溫服裝、建筑及電子器件等應用領域得到了廣泛關注。焦耳系列的復合相變儲熱材料，既能有效克服單一的無機物或有機物相變儲熱材料存在的缺點，又可以改善相變材料的應用效果以及拓展其應用范圍，滿足特定的場合需求。目前，復合相變儲熱材料已在人類生活中被廣泛應用，將成為節能環保的最佳綠色環保載體，在我國已經列為國家級研發利用序列。

3、多孔封裝定形相變復合材料是以多孔材料為載體，將相變材料封裝在孔道中，通過載體孔道與相變材料之間的分子間作用力和毛細作用力在有限的孔道空間內限制液相相變材料的流動形成的。依據形成孔道的維度不同，可以分為一維孔道、二維孔道和三維孔道封裝定形相變復合材料。三維孔道結構由于具有大的孔隙率、連續的網絡和穩定的力學性能成為當前相變復合材料研究的熱點。

技術實現思路

1、要解決的技術問題：本發明所要解決的技術問題在于，提供一種三維復合氣凝膠相變材料，通過構筑多孔結構實現相變材料導熱性的提升以及聚乙二醇的有效封裝。

2、技術方案：

3、一種三維復合氣凝膠相變材料，所述三維復合氣凝膠以石墨烯為骨架，所述石墨烯骨架內附著有二維銅單質網絡和聚乙二醇接枝的蜂窩狀alag@c顆粒。

4、優選的，所述制備方法包含以下步驟：

5、s1.將石墨烯和聚乙二醇接枝的alag@c顆粒分散于水中，形成質量分數為25~40wt%的懸浮液；

6、s2.將s1所得懸浮液，氯化銅水溶液和聚酚胺/鹽酸溶液混合并超聲，得到均質混合溶液；

7、s3.將s2所得均質混合溶液-50~-30℃冷凍干燥35~45h，得到初始氣凝膠；

8、s4.將s3所得初始氣凝膠加入質量分數為30~45wt%的還原性溶液中，得到三維復合氣凝膠相變材料。

9、優選的，所述s1中石墨烯與聚乙二醇接枝的蜂窩狀alag@c顆粒的質量比為1:0.3~0.6。

10、優選的，所述s2中懸浮液，氯化銅水溶液和聚酚胺/鹽酸溶液的體積比為10~15:3~5:1~2，所述氯化銅水溶液的質量分數為20~35wt%，所述聚酚胺/鹽酸溶液的濃度2~4g/l。

11、優選的，所述s4中還原性溶液的濃度為1.5~3.5g/l，所述還原性溶液為水合肼溶液、硼氫化鈉溶液或亞硫酸鈉溶液中的一種或多種。

12、優選的，所述s1中聚乙二醇接枝的蜂窩狀alag@c顆粒的制備方法包含以下步驟：

13、s11.將硝酸鋁，硝酸銀和pva分散于水中，得到質量分數為10~25wt%的混合溶液；

14、s12.將s11所得混合溶液在70~80℃條件下水浴攪拌40~80min，隨后干燥得到硝酸鋁硝酸銀@pva顆粒；

15、s13.將s12所得硝酸鋁硝酸銀@pva顆粒進行球磨，隨后將球磨后的顆粒在氮氣氣氛下700~900℃加熱0.5~1.5h，得到蜂窩狀alag@c顆粒；

16、s14.將質量比2~3:1的蜂窩狀alag@c顆粒和富馬酸加入至水中，50~70℃加熱2~4h得到經氧化的蜂窩狀alag@c顆粒；

17、s15.將經s14所得氧化的蜂窩狀alag@c顆粒加入至聚乙二醇水溶液中，并加入異辛酸鉍，加熱反應后得到聚乙二醇接枝載蜂窩狀alag@c顆粒。

18、優選的，所述s11中硝酸鋁，硝酸銀和pva的質量比為1~3:1~4:0.3~0.5。

19、優選的，所述s13中球磨后顆粒的粒徑為100~150μm，所述氮氣的升溫速率為3~5℃/min。

20、優選的，所述s15中經氧化的蜂窩狀alag@c顆粒和聚乙二醇的質量比為1:15~35，聚乙二醇的分子量為2000-8000，加熱反應的溫度為90~120℃，時間為6~10h。

21、有益效果：

22、1.本發明中所制備的蜂窩狀alag@c顆粒在氣凝膠孔道中起到支撐作用，能夠形成微小孔隙從而提供毛細力，幫助穩定相變材料進而減少泄漏的可能性，且這種毛細作用有助于相變材料在基質中的分布和保持，從而提高其熱存儲能力；蜂窩狀alag@c顆粒還使氣凝膠具有分層結構，可以提供梯度熱保護，從而提高相變材料的儲熱效率；此外，ag存在賦予復合材料一定的殺菌性能；

23、2.本發明中所制備的二維銅單質網絡可以提供高效的熱傳導路徑，使得相變材料在吸收和釋放熱量時能夠更快地進行熱交換，從而提高了熱能存儲和釋放的效率；且二維銅單質網絡能夠提供穩定的骨架結構，抵抗相變過程中材料的體積變化，從而增強相變材料的結構穩定性；

24、3.本發明中所添加的聚酚胺具有胺基和酚羥基，使其具有對金屬離子的較強的螯合能力，可作為相變底物與二維銅單質網絡之間的“連接橋梁”；且聚酚胺具有輕度還原性，銅離子首先在聚酚胺上被吸收，然后在原位還原為cunps，所得的cunps作為種子促進二維銅單質網絡的形成；

25、4.本發明中將聚乙二醇接枝到蜂窩狀alag@c顆粒上，聚乙二醇長鏈之間存在空間位阻效應，增加了分子間的距離避免顆粒的聚集，進而提升了顆粒的分散性能，分散良好的納米顆粒可以減少空隙空間，提高相變材料的導熱性；

26、5.本發明中通過蜂窩狀alag@c顆粒所構筑的分層結構，二維銅單質網絡的孔隙以及石墨烯氣凝膠自有的孔隙結構共同構筑了多孔結構，多孔結構可以提供更多的通道，使得熱量能夠更有效地傳遞；且多孔結構可以提供物理支撐，減少相變材料在相變過程中的體積膨脹和收縮，從而提高形狀穩定性；此外，聚乙二醇是一種長鏈聚合物，多孔結構的氣凝膠產生的毛細力和表面張力通過吸附阻止了液態聚乙二醇的泄漏。

技術特征：

1.一種三維復合氣凝膠相變材料，其特征在于：所述三維復合氣凝膠以石墨烯為骨架，所述石墨烯骨架內附著有二維銅單質網絡和聚乙二醇接枝的蜂窩狀alag@c顆粒。

2.根據權利要求1所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述制備方法包含以下步驟：

3.根據權利要求2所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述s1中石墨烯與聚乙二醇接枝的蜂窩狀alag@c顆粒的質量比為1:0.3~0.6。

4.根據權利要求2所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述s2中懸浮液，氯化銅水溶液和聚酚胺/鹽酸溶液的體積比為10~15:3~5:1~2，所述氯化銅水溶液的質量分數為20~35wt%，所述聚酚胺/鹽酸溶液的濃度2~4g/l。

5.根據權利要求2所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述s4中還原性溶液的濃度為1.5~3.5g/l，所述還原性溶液為水合肼溶液、硼氫化鈉溶液或亞硫酸鈉溶液中的一種或多種。

6.根據權利要求2所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述s1中聚乙二醇接枝的蜂窩狀alag@c顆粒的制備方法包含以下步驟：

7.根據權利要求6所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述s11中硝酸鋁，硝酸銀和pva的質量比為1~3:1~4:0.3~0.5。

8.根據權利要求6所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述s13中球磨后顆粒的粒徑為100~150μm，所述氮氣的升溫速率為3~5℃/min。

9.根據權利要求6所述的三維復合氣凝膠相變材料的制備方法，其特征在于：所述s15中經氧化的蜂窩狀alag@c顆粒和聚乙二醇的質量比為1:15~35，聚乙二醇的分子量為2000-8000，加熱反應的溫度為90~120℃，時間為6~10h。

技術總結
本發明提供了一種三維復合氣凝膠相變材料及其制備方法，所述三維復合氣凝膠以石墨烯為骨架，所述石墨烯骨架內附著有二維銅單質網絡和聚乙二醇接枝的蜂窩狀AlAg@C顆粒。本發明中所制備的蜂窩狀AlAg@C顆粒在氣凝膠孔道中起到支撐作用，且使氣凝膠具有分層結構，可以提供梯度熱保護從而提高相變材料的儲熱效率。本發明中所制備的二維銅單質網絡在提供高效的熱傳導路徑的同時也能夠提供穩定的骨架結構，從而達到增強相變材料的結構穩定性以及提高熱能存儲和釋放效率的目的。

技術研發人員：葛明明,奚文松,劉夢豪
受保護的技術使用者：蘇州焦耳智慧新能源有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24