【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于太陽能光熱轉換與相變材料儲熱，具體涉及一種光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、可再生能源正在逐漸取代大多數化石燃料。以太陽能為代表的新的可再生能源，由于其取之不盡、用之不竭的顯著優點，被廣泛認為是最重要的可再生能源。但太陽能的時空不匹配問題限制了其發展，相變材料在相變過程中能夠儲存和釋放大量的熱能，被認為是太陽光熱轉換和儲熱領域的理想材料。
2、相變材料(pcm)作為能量存儲介質，可以在熔化或凝固過程中，在接近恒定的溫度下存儲或釋放大量能量，實現能源的高效利用，進而降低co2排放。常見的有機pcm，如石蠟(pw)、聚乙二醇(peg)、脂肪酸等為白色物質，當陽光照射到pcm時，光波會被反射，導致pcm捕獲陽光的能力較差。因此，可以將光熱轉換材料引入相變儲能領域。光熱轉換材料是指在光照條件下，能夠通過自身的光熱轉換機制將光能轉換為熱能的一類材料，光子捕獲能力和熱能存儲材料的設計及熱物理特性影響著光熱轉換性能。將光熱轉換材料與相變材料復合，可將光熱轉換材料吸收的太陽光熱存儲在相變材料中，實現高蓄熱能力、優異的光熱轉換性能和良好的導熱性等綜合性能。
3、然而，相變材料的相變過程中的可燃性、體積膨脹、泄漏、導熱性差和光熱轉換性能差等問題是阻礙相變材料發展的主要問題。廣泛的研究主要集中在形狀穩定的pcm(ss-pcm)新型復合相變材料，例如將pcm浸漬在支撐材料(例如金屬泡沫、微膠囊化)內制備ss-pcm。氣凝膠具有豐富的孔隙，可以提供毛細管力，限制液體流動，避免
技術實現思路
1、針對現有技術存在的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種具有良好相變性能和傳熱性能的相變復合氣凝膠材料及其制備方法，以解決傳統有機相變儲熱材料存在的導熱率低、光熱轉換性能差、相變焓下降程度大等缺點。
2、為實現上述目的，本專利技術所采取的解決方案如下：
3、第一個方面，本專利技術提供一種光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，為以mxenes/cnts改性氣凝膠為三維多孔連續支撐骨架、以相變材料為填充材料的相變復合氣凝膠材料；其中，所述相變復合氣凝膠材料按質量百分比100％計，mxenes/cnts改性氣凝膠的質量百分比為3.0-4.4％，相變材料的質量百分比為95.6-97.0％。
4、優選地，所述相變復合氣凝膠材料的相變焓值為195.2-210.0j/g。
5、優選地，所述相變材料選自一元醇類相變材料、直鏈烷烴類相變材料、脂肪酸類相變材料中的一種或幾種，所述一元醇類相變材料選自十二醇、十三醇、十四醇、十五醇和十六醇中的一種或幾種，所述直鏈烷烴類相變材料選自石蠟、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷和正二十烷中的一種或幾種，所述脂肪酸類相變材料選自軟脂酸、硬脂酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕櫚酸中的一種或幾種；優選地，所述相變材料為正二十烷。
6、優選地，所述mxenes選自ti2c?mxenes、ti3c2?mxenes、ti3cn?mxenes、v2c?mxenes、nb2c?mxenes、tinbc?mxenes、nb4c3?mxenes、ta4c3?mxenes、(ti0.5nb0.5)2c?mxenes和(v0.5cr0.5)3c2?mxenes中的一種或幾種；優選地，所述mxenes為ti3c2?mxenes。
7、優選地，所述cnts選自多壁碳納米管、單壁碳納米管、羧基化碳納米管和氨基化碳納米管中的一種或幾種。
8、第二個方面，本專利技術還提供一種如上所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料的制備方法，包括如下步驟：
9、步驟(1)，將硼酸和聚乙烯醇(pva)加入到去離子水中，攪拌加熱，得到pva混合液；
10、步驟(2)，將pva混合液、cnts、mxenes分散液按照比例加入到去離子水中，攪拌加熱，得到穩定的分散液；
11、步驟(3)，將步驟(2)得到的分散液轉移至模具中，先進行預凍處理，然后進行真空冷凍干燥，得到氣凝膠材料；
12、步驟(4)，將步驟(3)得到的氣凝膠材料通過真空浸漬方式浸入熔融狀態下的相變材料中，得到相變復合氣凝膠材料。
13、優選地，步驟(1)中，硼酸和聚乙烯醇(pva)的質量比為(1～5)：(10～30)，形成的pva混合液的濃度為30～50mg/ml；步驟(2)中，mxenes分散液的濃度為3～7mg/ml，pva混合液、mxenes分散液和去離子水的體積比為1：(0.01～0.47)：(0.2～0.67)，mxenes和cnts的質量比為(1～7)：6。
14、優選地，步驟(1)中，先將硼酸和聚乙烯醇(pva)分別溶解在去離子水中，然后將硼酸溶液和pva溶液混合，在80～100℃中攪拌5～15min，形成均一的pva混合液；步驟(2)中，混合物在80～100℃中攪拌30～40min；步驟(3)中，預凍處理的溫度為-20℃，預凍處理的時間為5-7h，真空冷凍干燥的溫度為-50℃～-60℃，真空冷凍干燥的時間為45～55h，真空度不大于15pa；步驟(4)中，真空浸漬的真空度不大于20pa，時間為3～5h，溫度為60～80℃。
15、第三個方面，本專利技術還提供一種如上所述的制備方法制備得到的相變復合氣凝膠材料。
16、第四個方面，本專利技術還提供一種如上所述的相變復合氣凝膠材料在太陽能光熱轉換和儲熱材料中的應用。
17、根據本專利技術，本專利技術提供的一種相變復合氣凝膠材料中，碳納米管(cnts)具有獨特的一維管狀結構、高導熱性和機械穩定性，二維過渡金屬碳化物/碳氮化物(mxenes)具有優異的光吸收性能，可以自發地將太陽能轉化為熱能，本專利技術通過定向冷凍和隨后的冷凍干燥，將一維的cnts和二維的mxene復合、并分散在pva形成的氣凝膠中，一維的cnts作為導電的“橋”連接mxene納米片，以線與面的接觸構造一個導電通路網絡，強π-π相互作用改善了mxene納米片之間的相互作用，并通過cnt本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，為以MXenes/CNTs改性氣凝膠為三維多孔連續支撐骨架、以相變材料為填充材料的相變復合氣凝膠材料；其中，所述相變復合氣凝膠材料按質量百分比100％計，MXenes/CNTs改性氣凝膠的質量百分比為3.0-4.4％，相變材料的質量百分比為95.6-97.0％。
2.根據權利要求1所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，所述相變復合氣凝膠材料的相變焓值為195.2-210.0J/g，封裝率大于85％。
3.根據權利要求1所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，所述相變材料選自一元醇類相變材料、直鏈烷烴類相變材料、脂肪酸類相變材料中的一種或幾種，所述一元醇類相變材料選自十二醇、十三醇、十四醇、十五醇和十六醇中的一種或幾種，所述直鏈烷烴類相變材料選自石蠟、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷和正二十烷中的一種或幾種，所述脂肪酸類相變材料選自軟脂酸、硬脂酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕櫚酸中的一種或幾種；優選地，所述相變材料為正二十烷。
4.根據
5.根據權利要求1所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，所述CNTs選自多壁碳納米管、單壁碳納米管、羧基化碳納米管和氨基化碳納米管中的一種或幾種。
6.一種如權利要求1-5任一項所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，硼酸和聚乙烯醇(PVA)的質量比為(1-5)：(10-30)，形成的PVA混合液的濃度為30-50mg/mL；步驟(2)中，MXenes分散液的濃度為3-7mg/mL，PVA混合液、MXenes分散液和去離子水的體積比為1：(0.01-0.47)：(0.2-0.67)，MXenes和CNTs的質量比為(1-7)：6。
8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，先將硼酸和聚乙烯醇(PVA)分別溶解在去離子水中，然后將硼酸溶液和PVA溶液混合，在80-100℃中攪拌5-15min，形成均一的PVA混合液；步驟(2)中，混合物在80-100℃中攪拌30-40min；步驟(3)中，預凍處理的溫度為-20℃，預凍處理的時間為5-7h，真空冷凍干燥的溫度為-50℃～-60℃，真空冷凍干燥的時間為45-55h，真空度不大于15Pa；步驟(4)中，真空浸漬的真空度不大于20Pa，時間為3-5h，溫度為60-80℃。
9.一種由如權利要求6-8任一項所述的制備方法制備的相變復合氣凝膠材料。
10.一種如權利要求9所述的相變復合氣凝膠材料在太陽能光熱轉換和儲熱材料中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，為以mxenes/cnts改性氣凝膠為三維多孔連續支撐骨架、以相變材料為填充材料的相變復合氣凝膠材料；其中，所述相變復合氣凝膠材料按質量百分比100％計，mxenes/cnts改性氣凝膠的質量百分比為3.0-4.4％，相變材料的質量百分比為95.6-97.0％。
2.根據權利要求1所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，所述相變復合氣凝膠材料的相變焓值為195.2-210.0j/g，封裝率大于85％。
3.根據權利要求1所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，所述相變材料選自一元醇類相變材料、直鏈烷烴類相變材料、脂肪酸類相變材料中的一種或幾種，所述一元醇類相變材料選自十二醇、十三醇、十四醇、十五醇和十六醇中的一種或幾種，所述直鏈烷烴類相變材料選自石蠟、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷和正二十烷中的一種或幾種，所述脂肪酸類相變材料選自軟脂酸、硬脂酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕櫚酸中的一種或幾種；優選地，所述相變材料為正二十烷。
4.根據權利要求1所述的光熱轉換和高密度儲熱的相變復合氣凝膠材料，其特征在于，所述mxenes選自ti2c?mxenes、ti3c2?mxenes、ti3cn?mxenes、v2c?mxenes、nb2c?mxenes、tinbc?mxenes、nb4c3?mxenes、ta4c3?mxenes、(ti0.5nb0.5)2c?mxenes和(v0.5cr0.5)3c2mxenes中的一種或幾種；優選地，所述mxenes為ti3c2?...
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