一種石墨烯導熱增強相變儲能材料制造技術

本發明專利技術涉及一種相變儲能材料，特別涉及一種石墨烯導熱增強相變儲能材料。一種石墨烯導熱增強相變儲能材料，該材料包括以下重量分數計的組分：50?60%癸酸(CA)、40?50%十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的總重量為100%計的功能化石墨烯（CTAB?RGO）0.1?12%。該材料用表面活性劑對石墨烯進行功能化改性，提高在介質（脂肪酸類和醇類固液相變材料）的分散性，從而有效解決了導熱增強型復合相變儲能材料的均勻性、穩定性問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種相變儲能材料，特別涉及一種石墨烯導熱增強相變儲能材料。
技術介紹
相變儲能是利用物質的物理相轉變來進行能量有效的儲存和釋放，來提高能源利用效率，進而實現節能的目的，在能源的合理配置中起著重要的作用。用于相變儲能的材料主要有無機、有機和復合材料三大類。無機類與有機類相變儲能材料存在一定的缺陷，在實際應用中存在各種問題，而復合相變儲能材料克服了單一組分相變材料的不足，具有儲能密度高、利用效果好、適用范圍廣等特點。通常利用摻雜方法將一些導熱系數高的微粒加入到相變材料中，獲得高相變焓值、導熱性能優異、定型效果好的導熱增強型復合相變儲能材料，已成為目前相變儲能研究領域的熱點之一。近年來，國內外學者利用借助超聲或加入表面活性劑的方法制備出導熱增強型相變儲能材料。例如，Wu等通過超聲和表面活性劑的輔助作用，將納米銅(Cu)分散到熔化石蠟中制備了Cu/石蠟納米流體相變儲能材料，1wt％納米Cu的加入使相變材料的降溫速率明顯加快，降溫時間縮短了28％。WangJ等將多壁碳納米管(MWNTs)摻入十六酸(PA)中制備PA/MWNTs復合相變儲能材料。添加量為1wt％的PA/MWNTS復合相變材料導熱系數為0.33W/(m·K)，相比純PA導熱增強率高達30％。還有，WangW等將β-氮化鋁(β-AlN)粉末、二元醇(PEG1000)和SiO2溶膠混合在一起，制備出具有復合相變儲能材料。研究結果表明，當β-AlN的量由5％增加到30％時，復合材料的導熱系數增加了近1倍。盡管通過摻雜制備方法能有效提高復合相變材料的導熱系數，但導熱增強的納米粒子由于比表面積、表面能大，容易發生團聚和沉降，致使制備的材料存在均勻性差、性能不穩定等問題。因此，開發均勻分散、性能優異的導熱增強型復合相變儲能材料對于提高能源利用率具有重要的實際意義。石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，具有高導熱率、高強度、高導電率和高比表面積等特性，其中單層石墨烯的導熱系數高達5300W/(m·K)可作為導熱增強劑提高相變儲能材料的導熱性能。通過直接摻雜制備復合相變儲能材料時，由于石墨烯片層具有大的比表面積和高的表面能，往往存在分散不均問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種石墨烯導熱增強相變儲能材料，該材料用表面活性劑對石墨烯進行功能化改性，提高在介質(脂肪酸類和醇類固液相變材料)的分散性，從而有效解決了導熱增強型復合相變儲能材料的均勻性、穩定性問題。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種石墨烯導熱增強相變儲能材料，該材料包括以下重量分數計的組分：50-60％癸酸(CA)、40-50％十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的總重量為100％計的功能化石墨烯(CTAB-RGO)0.1-12％。作為優選，所述功能化石墨烯的制備方法是：以石墨為原料，通過改進Hummers法制得氧化石墨(GO)，GO與CTAB進行有機化反應制得有機化氧化石墨烯(CTAB-GO)，再通過水合肼還原反應制得功能化石墨烯(CTAB-RGO)。作為優選，所述功能化石墨烯的制備方法具體是：在去離子水中加入GO超聲分散，滴加CTAB的水溶液，使GO與CTAB的質量比為1:10-12，然后使體系升溫至90±2℃，攪拌反應，隨后同時滴加水合肼和氨水，GO與水合肼的質量比為1:0.7-0.9，氨水的質量濃度為25-30％，氨水的加入量為GO質量的3-4倍，90℃±2反應2-3h，反應結束后過濾得黑色固體粉末，洗滌烘干后制得CTAB-RGO。水合肼的質量濃度為80％作為優選，該材料包括以下重量分數計的組分：50-60％癸酸(CA)、40-50％十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的總重量為100％計的功能化石墨烯(CTAB-RGO)0.3-1.5％。作為優選，該材料包括以下重量分數計的組分：50-60％癸酸(CA)、40-50％十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的總重量為100％計的功能化石墨烯(CTAB-RGO)2-10％。一種石墨烯導熱增強相變儲能材料的制備方法，將癸酸和十二醇組成的混合物在超聲和攪拌下升溫至混合物完全熔化，再加入功能化石墨烯(CTAB-RGO)，超聲并攪拌混合，自然冷卻至室溫后，碾磨至粉狀，制得CTAB-RGO/CA-LA復合材料，即為所述的石墨烯導熱增強相變儲能材料。作為優選，攪拌混合時間為4-6小時。作為優選，攪拌混合的攪拌速率為200-500轉/分鐘，超聲強度400-500Wcm-2，超聲頻率為4kHz。本專利技術的有益效果是：本專利技術以氧化石墨烯(GO)為原料，N，N，N-三甲基-1-十六烷基溴化銨(CTAB)為改性劑，經有機化改性、還原反應制得功能化石墨烯(CTAB-RGO)。紅外光譜(FT-IR)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和熱失重分析儀(TGA)測試結果表明CTAB已接枝到石墨烯表面，接枝率為9.2％。利用CTAB-RGO對癸酸-十二醇(CA-LA)共混物進行導熱增強改性，結果表明CTAB-RGO的加入提高了CA-LA相變復合材料的相變潛熱、導熱系數、熱穩定性能等。添加1％CTAB-RGO復合材料的相變潛熱為164.7J/g，相對CA-LA混合材料提高了22％；導熱系數為高達0.94W/(m·K)，導熱增強率為184％。本專利技術通用對石墨烯導熱增強相變儲能材料的性能研究，為新一代高性能相變儲能材料的開發與應用提供重要的依據。附圖說明圖1是本專利技術CTAB-RGO的制備示意圖；圖2是GO、CTAB-GO和CTAB-RGO的FT-IR圖譜；圖3是GO、RGO和CTAB-RGO的TGA曲線圖；圖4是石墨、GO、CTAB-GO和CTAB-RGO的XRD圖譜；圖5是GO(a)和CTAB-RGO(b)的SEM圖，GO(c)和CTAB-RGO(d)的TEM圖；圖6是GO和CTAB-GO在水和甲苯中分散性觀察：(a)GO和(b)CTAB-RGO分散在水中，(c)GO和(d)CTAB-RGO分散在甲苯中；圖7是CTAB-RGO/CA-LA復合材料的DSC曲線圖；圖8是CTAB-RGO/CA-LA復合材料的TGA曲線圖；圖9是CTAB-RGO含量對復合材料導熱系數的影響。具體實施方式下面通過具體實施例，對本專利技術的技術方案作進一步的具體說明。應當理解，本專利技術的實施并不局限于下面的實施例，對本專利技術所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本專利技術保護范圍。在本專利技術中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所采用的設備和原料等均可從市場購得或是本領域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。癸酸(CA)、十二醇(LA)，化學純，國藥集團化學試劑有限公司；石墨，產品型號F-1，粒徑約為4μm，青島百川石墨有限公司；N，N，N-三甲基-1-十六烷基溴化銨(CTAB)，純度99％，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。實施例：一、功能化石墨烯(CTAB-RGO)的制備以石墨為原料，通過改進Hummers法制得氧化石墨(GO)，GO與CTAB進行有機化反應制得有機化氧化石墨烯(CTAB-GO)，再通過水合肼還原反應制得功能化石墨烯(CTAB-RGO)。在100mL去離子水中加入1.0gGO超聲分散1小時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯導熱增強相變儲能材料，其特征在于該材料包括以下重量分數計的組分：50?60%癸酸(CA)、40?50%十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的總重量為100%計的功能化石墨烯（CTAB?RGO）0.1?12%。

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯導熱增強相變儲能材料，其特征在于該材料包括以下重量分數計的組分：50-60%癸酸(CA)、40-50%十二醇(LA)，以及以癸酸和十二醇的總重量為100%計的功能化石墨烯（CTAB-RGO）0.1-12%。2.根據權利要求1所述的石墨烯導熱增強相變儲能材料，其特征在于：所述功能化石墨烯的制備方法是：以石墨為原料，通過改進Hummers法制得氧化石墨（GO），GO與CTAB進行有機化反應制得有機化氧化石墨烯（CTAB-GO），再通過水合肼還原反應制得功能化石墨烯（CTAB-RGO）。3.根據權利要求2所述的石墨烯導熱增強相變儲能材料，其特征在于：所述功能化石墨烯的制備方法具體是：在去離子水中加入GO超聲分散，滴加CTAB的水溶液，使GO與CTAB的質量比為1:10-12，然后使體系升溫至90±2℃，攪拌反應...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳素清，黃國波，
申請(專利權)人：臺州學院，
類型：發明
國別省市：浙江;33