【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于新材料領(lǐng)域，涉及一種液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料及其制備方法與應(yīng)用，具體涉及一種高穩(wěn)定性、低過冷、高導(dǎo)熱的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變調(diào)溫填料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、相變材料(pcms)能夠在相變過程中儲(chǔ)存大量潛熱，常被應(yīng)用在太陽(yáng)能收集、建筑空調(diào)、電池及電子設(shè)備調(diào)溫?zé)峁芾碇小Ｄ壳澳軌驖M足實(shí)際應(yīng)用需求的pcms需要具有以下性質(zhì)：合適的相變溫區(qū)，較高的相變潛熱和比熱容，相變前后都具有較高的熱導(dǎo)率；相變前后體積變化較小，適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶速度，熱及化學(xué)穩(wěn)定性好、循環(huán)耐久性強(qiáng)、過冷程度低與基體材料的相容性好等。相變材料由物質(zhì)狀態(tài)分為固-固、固-液、液-氣和固-氣相變材料。其中常見的固液相變材料有石蠟、脂肪酸、脂肪醇和聚乙二醇等。
2、上述大量使用的石蠟等有機(jī)相變材料熱導(dǎo)率低，熱響應(yīng)慢，難以達(dá)到電子器件瞬態(tài)冷卻的目的，這大大限制了相變材料在電子調(diào)溫領(lǐng)域的應(yīng)用。使用高相變潛熱、高導(dǎo)熱的液態(tài)金屬作為相變材料，是實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)冷卻的有效策略之一。但是液態(tài)金屬存在體積膨脹系數(shù)大、成核難等缺點(diǎn)，液態(tài)金屬相變材料易發(fā)生漏液、過冷現(xiàn)象嚴(yán)重是阻礙其應(yīng)用的關(guān)鍵難題。
3、現(xiàn)有提升相變材料穩(wěn)定性的策略主要包括：使用定形相變復(fù)合材料及微膠囊化。在降低液態(tài)金屬過冷方面，主要是通過引入銅、銦等成核劑。yao等利用膨脹石墨(eg,5wt.％)作為介質(zhì)，成功制備了難以直接混合的十八烷和鎵的穩(wěn)定相變復(fù)合材料(pcc)[1]。xu等制備了泡沫碳或泡沫銅負(fù)載液態(tài)金屬的定形相變復(fù)合材料，泡沫銅提供了額外的導(dǎo)熱途徑，構(gòu)建了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，以獲得更高的導(dǎo)熱系
4、blaiszik等采用原位脲醛(uf)微膠囊法制備了鎵銦(ga-in)核殼結(jié)構(gòu)微膠囊并研究了膠囊大小、形狀、熱特性和外殼厚度的調(diào)控工藝[3]。此外，raj等人提出了采用原位聚合法制備納米鎵膠囊(n-ga)，探究了微膠囊基相變材料儲(chǔ)能性能[4]。然而，液體金屬相變體積膨脹系數(shù)與殼材差距較大，相變時(shí)內(nèi)應(yīng)力高導(dǎo)致殼材易發(fā)生破裂導(dǎo)致漏液。因此，目前仍缺乏有效策略制備高穩(wěn)定性、低過冷的液體金屬相變材料。
5、參考文獻(xiàn)
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9、[4]c.r.raj,s.suresh,r.bhavsar,v.k.singh,s.j.t.a.reddy,effect?of?nano-galliumcapsules?on?thermal?energy?storage?characteristics?of?manganeseorganometallic?ss-pcm,680(2019)178341.
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中高相變潛熱、高導(dǎo)熱的液態(tài)金屬容易發(fā)生漏液和過冷現(xiàn)象，現(xiàn)有的方法如定型相變復(fù)合和微膠囊化難以同時(shí)解決以上問題，針對(duì)該技術(shù)難題，本專利技術(shù)以多孔材料為載體填充液態(tài)金屬及納米成核劑，之后表面包裹兼具高柔性、致密度、強(qiáng)度的氧化石墨烯材料，以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性、低過冷液態(tài)金屬相變材料的制備。
2、專利技術(shù)思路：本專利技術(shù)所提供的使用溶劑揮發(fā)法制備的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料為核殼結(jié)構(gòu)；其中，(1)核材：多孔顆粒材料內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)，以多孔顆粒材料為載體負(fù)載液態(tài)金屬和納米成核劑，多孔顆粒材料負(fù)載量大且多孔結(jié)構(gòu)起到支撐作用，能夠提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時(shí)，液態(tài)金屬提供高相變潛熱和高導(dǎo)熱系數(shù)，納米成核劑可有效地改善液態(tài)金屬的過冷度；(2)殼材：殼材分為內(nèi)外兩層：①內(nèi)殼層是驅(qū)動(dòng)劑、苯并三氮唑(bzt)為代表的驅(qū)動(dòng)分子，外層為氧化石墨烯；內(nèi)殼層的苯并三氮唑(bta)、2-(2'-羥基–3',5'-二戊基苯基)苯并三唑(bzt)等由于可以與氧化石墨烯表面發(fā)生物理和化學(xué)的吸附作用，可以為柔性氧化石墨烯的高效包覆提供驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)，bta、bzt等還可以賦予填料抗紫外老化和防腐性能；②外殼層的氧化石墨烯具有高柔性、高致密度、高拉伸強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地封存液態(tài)金屬，同時(shí)，還能有效地緩沖液態(tài)金屬發(fā)生相變時(shí)產(chǎn)生的體積膨脹應(yīng)力，防止漏液的發(fā)生，與傳統(tǒng)的高分子外殼相比，go僅有單原子層厚度，可以有效提升熱導(dǎo)率。
3、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
4、本專利技術(shù)公開了一種液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料，其特征在于，它包括內(nèi)核、內(nèi)殼和外殼；
5、其中，所述的內(nèi)核為多孔材料，以所述的內(nèi)核為載體負(fù)載液態(tài)金屬和納米成核劑；
6、所述的內(nèi)殼包覆在內(nèi)核外表面，所述的內(nèi)殼為驅(qū)動(dòng)劑；
7、所述的外殼包覆在內(nèi)殼外表面，所述的外殼為氧化石墨烯。
8、在一些實(shí)施例中，所述的多孔材料為介孔二氧化硅和多孔碳中的任意一種或兩種的組合；所述的液態(tài)金屬為鎵、銦、鉍、銫和銣的任意一種或幾種的組合；所述的納米成核劑為納米銅、納米銀、納米氧化鎂、納米氧化鋁和納米氧化硅中的任意一種或幾種的組合；所述的驅(qū)動(dòng)劑為苯并三氮唑和2-(2'-羥基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑中的任意一種或兩種的組合。
9、其中，所述的苯并三氮唑的縮寫為bta；所述的2-(2'-羥基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑的縮寫為bzt。
10、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)公開了上述的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料的制備方法，包括如下步驟：
11、(1)將液態(tài)金屬、納米成核劑與多孔材料混合，研磨，得到負(fù)載液態(tài)金屬和納米成核劑的多孔材料；
12、(2)將步驟(1)得到的負(fù)載液態(tài)金屬和納米成核劑的多孔材料與驅(qū)動(dòng)劑分散在揮發(fā)性溶劑中，混勻，得到混合物a；
13、(3)制備氧化石墨烯溶液；將所述的氧化石墨烯溶液加入到第一表面活性劑溶液中，混勻，得到混合物b；
14、(4)在攪拌條件下，將步驟(2)得到的混合物a加入到步驟(3)得到的混合物b中，攪拌乳化，得到混合物c；...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料，其特征在于，它包括內(nèi)核、內(nèi)殼和外殼；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料，其特征在于，所述的多孔材料為介孔二氧化硅和多孔碳中的任意一種或兩種的組合；
3.權(quán)利要求1或2所述的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的液態(tài)金屬與所述的多孔材料的質(zhì)量比為1：10～10：1；所述的納米成核劑的質(zhì)量占所述液態(tài)金屬質(zhì)量的0.1％～1.0％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的揮發(fā)性溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、二甲苯、丙酮和二甲醚中的任意一種或幾種的組合；所述的驅(qū)動(dòng)劑為苯并三氮唑和2-(2'-羥基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑中的任意一種或兩種的組合；所述負(fù)載液態(tài)金屬和納米成核劑的多孔材料與所述驅(qū)動(dòng)劑的質(zhì)量比為1:10～10:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的第一表面活性劑為十二烷基硫酸鈉和十五烷基苯磺酸納中的任意一種或兩
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述攪拌的攪拌速率為100r/min～700r/min；所述乳化的時(shí)間為10min～30min；所述混合物C中，氧化石墨烯與驅(qū)動(dòng)劑的質(zhì)量比為1:10～10:1；所述混合物A中的揮發(fā)性溶劑與所述混合物B中第一表面活性劑溶液的體積比為10:90～90:10。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，
9.權(quán)利要求3～8任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料。
10.權(quán)利要求1或9所述的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料在制備導(dǎo)熱和/或儲(chǔ)能和/或調(diào)溫相變材料中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料，其特征在于，它包括內(nèi)核、內(nèi)殼和外殼；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料，其特征在于，所述的多孔材料為介孔二氧化硅和多孔碳中的任意一種或兩種的組合；
3.權(quán)利要求1或2所述的液態(tài)金屬基核殼結(jié)構(gòu)相變填料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的液態(tài)金屬與所述的多孔材料的質(zhì)量比為1：10～10：1；所述的納米成核劑的質(zhì)量占所述液態(tài)金屬質(zhì)量的0.1％～1.0％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的揮發(fā)性溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、二甲苯、丙酮和二甲醚中的任意一種或幾種的組合；所述的驅(qū)動(dòng)劑為苯并三氮唑和2-(2'-羥基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑中的任意一種或兩種的組合；所述負(fù)載液態(tài)金屬和納米成核劑的多孔材料與所述驅(qū)動(dòng)劑的質(zhì)量比為1:10～10:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：暴寧鐘，褚良永，張玲潔，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合烯電子科技江蘇有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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