【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于相變儲熱，涉及相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的強(qiáng)化，特別涉及一種提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法。
技術(shù)介紹
1、固液相變材料(以下簡稱“相變材料”)作為熱能儲存的載體是相變儲熱技術(shù)中至關(guān)重要的部分。相變材料在相變過程中會吸收/釋放大量的熱量，在較小的溫度變化范圍內(nèi)具有較大儲熱密度，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面均有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工程應(yīng)用。但儲熱技術(shù)所用的相變材料如石蠟、熔鹽等，其自身導(dǎo)熱性能低，極大地限制了儲熱系統(tǒng)工作時的充/放熱速率，影響儲熱系統(tǒng)的儲熱效率。為解決上述問題，需提升相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)，使得相變材料適應(yīng)實(shí)際儲熱應(yīng)用的需求。
2、現(xiàn)如今應(yīng)用廣泛且有效提升相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法主要有：(1)在相變材料中加入導(dǎo)熱填料和(2)引入導(dǎo)熱骨架。方法(1)利用導(dǎo)熱填料的高導(dǎo)熱性能和幾何形貌在相變材料內(nèi)部構(gòu)建導(dǎo)熱鏈路進(jìn)而提升相變材料的導(dǎo)熱性能，具有制備工藝簡便，制備成本較低的優(yōu)勢，現(xiàn)有技術(shù)將一系列納米材料如：碳納米管、石墨烯、碳化硅、氮化硼等作為導(dǎo)熱填料添加入相變材料內(nèi)，但由于大部分納米材料的微納尺度特性，納米材料間的范德華力會使得納米材料相互吸引并發(fā)生團(tuán)聚和堆積，導(dǎo)致納米材料在相變材料內(nèi)分布不均勻，出現(xiàn)局部的聚集或缺失，從而影響了導(dǎo)熱鏈路的形成。方法(2)通過物理或化學(xué)方法預(yù)制具有固定導(dǎo)熱鏈路的多孔骨架，并浸漬入相變材料內(nèi)部，以此提升相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)，雖然克服了方法(1)存在的團(tuán)聚和堆積問題，但預(yù)制骨架的過程通常包含較繁瑣的工藝步驟，或涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，且制備數(shù)量有限，上述問題限制了導(dǎo)熱骨架的規(guī)模
3、此外，針對于納米材料的團(tuán)聚和堆積問題，目前的技術(shù)通常使用分散劑、機(jī)械研磨、高速剪切等分散方法將納米材料分散，但上述方法無法使得分散后的納米材料長久維持分散的形貌，尤其在納米材料和相變材料結(jié)合時，熔融液態(tài)相變材料的表面張力容易使得納米材料重新聚集，這種納米材料二次團(tuán)聚和堆積的現(xiàn)象也是制約納米材料作為導(dǎo)熱填料應(yīng)用推廣的因素之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，該方法通過簡單的共同碳化方法，制備了由竹蓀多孔結(jié)構(gòu)搭載碳納米管的一體化骨架，解決了碳納米管自身的團(tuán)聚和堆積問題以及應(yīng)用時存在的二次團(tuán)聚和堆積問題，且選材常見、工藝簡便，具有大量制備的潛力。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：
3、一種提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，包括如下步驟：
4、步驟1：將處于團(tuán)聚和堆積狀態(tài)的碳納米管進(jìn)行分散，并保持碳納米管的分散形態(tài)；
5、步驟2：以竹蓀為骨架，將分散狀態(tài)的碳納米管暫時黏附于竹蓀表面，并保持分散狀態(tài)，得到碳納米管/竹蓀浸漬前驅(qū)體；
6、步驟3：將碳納米管/竹蓀浸漬前驅(qū)體進(jìn)行碳化，碳化后竹蓀所含的纖維素和有機(jī)物轉(zhuǎn)化為碳，并與黏附于表面的碳納米管相結(jié)合，從而固定碳納米管，形成形狀穩(wěn)定的碳納米管/竹蓀一體化骨架。
7、步驟4：將所述碳納米管/竹蓀一體化骨架與固液相變材料相復(fù)合，提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)。
8、在一個實(shí)施例中，所述步驟1，將處于團(tuán)聚和堆積狀態(tài)的碳納米管進(jìn)行分散，并保持碳納米管的分散形態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
9、將碳納米管與乙醇溶液均勻混合后，超聲分散處理備用，在30-60℃條件下將丙三醇加熱，并與超聲分散處理后的碳納米管-乙醇混合液均勻混合，混合后在30-60℃條件下持續(xù)加熱攪拌至混合液中殘留乙醇完全揮發(fā)，得到碳納米管與丙三醇混合液，混合液中碳納米管呈分散狀態(tài)。
10、在一個實(shí)施例中，所述步驟2，以竹蓀為骨架，將分散狀態(tài)的碳納米管暫時黏附于竹蓀表面，并保持分散狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
11、將竹蓀浸漬于所述碳納米管與丙三醇混合液中，保證竹蓀所有孔隙均填充碳納米管，完全浸漬后取出，放至真空干燥箱30-80℃下干燥，干燥至懸空放置浸漬后的竹蓀10-30s時間內(nèi)無液滴滴落的程度，得到碳納米管/竹蓀浸漬前驅(qū)體。
12、在一個實(shí)施例中，所述保證竹蓀所有孔隙均填充碳納米管，實(shí)現(xiàn)方法如下：
13、所配置的碳納米管與丙三醇混合液粘度低于300mpa·s，將浸漬容器至于真空干燥箱中，真空干燥條件為30-60℃下1-5h。
14、在一個實(shí)施例中，所述步驟3，將碳納米管/竹蓀浸漬前驅(qū)體進(jìn)行碳化，實(shí)現(xiàn)方法如下：
15、將干燥后的碳納米管/竹蓀浸漬前驅(qū)體放至管式爐中，進(jìn)行加熱碳化處理，碳化條件為由20-40℃均勻升溫至500-800℃，升溫速率0.5-1.5℃/min，最后500-800℃保溫1-3h，自然冷卻至室溫，得到碳納米管/竹蓀一體化骨架。
16、在一個實(shí)施例中，所述步驟4，將碳納米管/竹蓀一體化骨架與相變材料相復(fù)合，提升相變材料導(dǎo)熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
17、將所述碳納米管/竹蓀一體化骨架與固液相變材料復(fù)合，固液相變材料作為基體，碳納米管/竹蓀一體化骨架作為基體內(nèi)部增強(qiáng)體，共同放置真空干燥箱中，真空干燥條件為100-300℃下1-5h，得到強(qiáng)化了導(dǎo)熱系數(shù)的復(fù)合固液相變材料。
18、在一個實(shí)施例中，將所述碳納米管替換為石墨烯、氮化硼、氮化硅、氮化鎵、碳化硅、四氧化三鐵、三氧化二鐵、氧化鋅和氧化銅中的一種或多種組合，材料的粒徑為10-2-104μm。
19、在一個實(shí)施例中，依據(jù)儲熱裝置內(nèi)的相變儲熱單元的實(shí)際形狀，將所述竹蓀制作成圓球形、橢球形、圓柱體、圓臺、長方體、正方體或四面體形狀，以方便與固液相變材料進(jìn)行復(fù)合。
20、在一個實(shí)施例中，所述固液相變材料包括有機(jī)類和無機(jī)類，有機(jī)類包括：石蠟、脂肪酸、多元醇、脂質(zhì)，無機(jī)類包括：熔融鹽、結(jié)晶水合鹽、金屬。
21、在一個實(shí)施例中，還可以將所述丙三醇替換為面粉糊和/或糖漿。
22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
23、1、本專利技術(shù)通過將碳納米管穩(wěn)定、均勻地分散附著于竹蓀孔隙壁面，再與固液相變材料復(fù)合，不僅克服了碳納米管的團(tuán)聚現(xiàn)象，而且有效避免了現(xiàn)有技術(shù)存在的二次團(tuán)聚問題，為碳納米管在相變材料導(dǎo)熱系數(shù)提升中的應(yīng)用提供了一種新方式。
24、2、本專利技術(shù)通過簡單的共同碳化方法，制備了由竹蓀多孔結(jié)構(gòu)搭載碳納米管的一體化骨架，同時提供穩(wěn)定的導(dǎo)熱鏈路和更大的有效換熱面積，容易實(shí)現(xiàn)對固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的提升，此外該方法選材常見、工藝簡便、無污染隱患，具有大量制備的潛力。
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1.一種提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟1，將處于團(tuán)聚和堆積狀態(tài)的碳納米管進(jìn)行分散，并保持碳納米管的分散形態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟2，以竹蓀為骨架，將分散狀態(tài)的碳納米管暫時黏附于竹蓀表面，并保持分散狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述保證竹蓀所有孔隙均填充碳納米管，實(shí)現(xiàn)方法如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟3，將碳納米管/竹蓀浸漬前驅(qū)體進(jìn)行碳化，實(shí)現(xiàn)方法如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟4，將碳納米管/竹蓀一體化骨架與相變材料相復(fù)合，提升
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，將所述碳納米管替換為石墨烯、氮化硼、氮化硅、氮化鎵、碳化硅、四氧化三鐵、三氧化二鐵、氧化鋅和氧化銅中的一種或多種組合，材料的粒徑為10-2-104μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，依據(jù)儲熱裝置內(nèi)的相變儲熱單元的實(shí)際形狀，將所述竹蓀制作成圓球形、橢球形、圓柱體、圓臺、長方體、正方體或四面體形狀，以方便與固液相變材料進(jìn)行復(fù)合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述固液相變材料包括有機(jī)類和無機(jī)類，有機(jī)類包括：石蠟、脂肪酸、多元醇、脂質(zhì)，無機(jī)類包括：熔融鹽、結(jié)晶水合鹽、金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，將所述丙三醇替換為面粉糊和/或糖漿。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟1，將處于團(tuán)聚和堆積狀態(tài)的碳納米管進(jìn)行分散，并保持碳納米管的分散形態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟2，以竹蓀為骨架，將分散狀態(tài)的碳納米管暫時黏附于竹蓀表面，并保持分散狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述保證竹蓀所有孔隙均填充碳納米管，實(shí)現(xiàn)方法如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟3，將碳納米管/竹蓀浸漬前驅(qū)體進(jìn)行碳化，實(shí)現(xiàn)方法如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升固液相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管/竹蓀一體化骨架制備方法，其特征在于，所述步驟4，將碳納米...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李明佳，張傳琪，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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