本發(fā)明屬于容器相關(guān)的相變儲(chǔ)能材料領(lǐng)域，本發(fā)明公開了一種高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金，本發(fā)明還公開了一種高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的制備方法。

背景技術(shù)：

我國人均資源不足，生態(tài)環(huán)境薄弱，可持續(xù)發(fā)展已是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的一大主題，要達(dá)到這種發(fā)展模式，開發(fā)和利用環(huán)保的新能源技術(shù)是最有效的解決辦法。而相變儲(chǔ)能材料是環(huán)保新能源技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一，在一定的條件下，可提高能源利用率，減少能源的浪費(fèi)，達(dá)到環(huán)保的目的。

目前市場上主要使用的相變儲(chǔ)能材料包括無機(jī)水合鹽相變材料和有機(jī)儲(chǔ)能材料。通過不同的配方調(diào)節(jié)其相變溫度，可以應(yīng)對不同的吸熱/供熱需求。但是，這兩類傳統(tǒng)的相變儲(chǔ)能材料都有明顯的缺點(diǎn)：熱傳導(dǎo)率過低：無機(jī)水合鹽的熱導(dǎo)率一般都低于1W/mK，而有機(jī)相變材料的熱導(dǎo)率更是不高于0.3W/mK。過低的熱導(dǎo)率將會(huì)顯著的降低該相變儲(chǔ)能材料的使用效率，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，這樣對于某些對于體積要求較高的場合，這些傳統(tǒng)相變儲(chǔ)能材料的使用受到較多的限制。

相比較傳統(tǒng)的相變儲(chǔ)能材料，就熱導(dǎo)率和相變潛能上，液態(tài)合金就具有明顯的優(yōu)勢。一般的，液態(tài)合金的熱導(dǎo)率達(dá)到20W/mK以上，大約是傳統(tǒng)相變儲(chǔ)能材料的20倍以上，單位體積的相變潛熱值達(dá)到300～500J/cm3，同時(shí)液態(tài)金屬還具有其他多種優(yōu)點(diǎn)，這使得液態(tài)金屬在近幾年來，得到越來越多儲(chǔ)能材料科學(xué)家及學(xué)者關(guān)注。

將具有高熱導(dǎo)性能的材料進(jìn)行復(fù)合設(shè)計(jì)，是進(jìn)一步提高基體材料熱導(dǎo)率的重要途徑。石墨烯是一種具有極高導(dǎo)電性和極高導(dǎo)熱性等優(yōu)異性能的特種材料，尤其是導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5000W/mK，這讓石墨烯成為一種用于優(yōu)化體系熱導(dǎo)率的添加劑。但是，將石墨烯直接與液態(tài)合金復(fù)合處理時(shí)，由于兩者密度差異極大，對于制備工藝提出了極高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金。

本發(fā)明的另一目的是提供一種高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的制備方法。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金中包含以下重量百分含量的各組分：15.6％～16.8％的Sn，11.9％～13.3％的In，17.8％～19.3％的Pb，6.9％～8.2％的Cd，42.5％～45.3％的Bi，0.3％～0.9％的鍍石墨烯的銅粉。

所述鍍石墨烯的銅粉的顆粒直徑為15～2000納米。

一種高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的制備方法包括以下步驟：

a、將Sn、In、Pb、Cd與Bi放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝內(nèi)，關(guān)閉爐門，對真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)低于5×10^-3Pa；

b、然后向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入惰性氣體作為保護(hù)氣體，加壓至0.5～0.6個(gè)大氣壓，開始通電熔煉，熔煉溫度控制在400～430℃，使坩堝內(nèi)內(nèi)的待熔物料完全熔化，立刻關(guān)閉加熱電源；

c、熔煉完畢后，降溫至室溫狀態(tài)，然后從爐中取出熔煉獲得的合金半成品，將合金半成品通過水浴加熱至65～80℃，使合金半成品再次熔化，并加入預(yù)備好的鍍有石墨烯的銅粉，并用玻璃棒攪拌均勻，同時(shí)水浴自然冷卻，直至冷卻凝固，即可得到高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金。

本發(fā)明獲得低熔點(diǎn)合金材料，其熔化溫度在38到49度之間，符合當(dāng)前很多民用快冷或保溫容器的儲(chǔ)能和加熱需求；該相變合金的凝固和熔化相變過程中的潛熱達(dá)到50J/g以上，單位體積儲(chǔ)能密度達(dá)到300J/cm3以上，可以隨著環(huán)境溫度變化吸收或釋放能量；本發(fā)明低熔點(diǎn)合金的液相熱導(dǎo)率達(dá)到58W/mK以上，比液態(tài)合金相變材料提高了2倍以上，更是遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的相變材料。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

準(zhǔn)備制備高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的物料，在該物料中包含以下重量百分含量的各組分：16.6％的Sn，12.4％的In，18.7％的Pb，6.9％的Cd，45.1％的Bi，0.3％的鍍石墨烯的銅粉，鍍石墨烯的銅粉的顆粒平均尺寸約為25納米。

準(zhǔn)備好上述物料后，將Sn、In、Pb、Cd與Bi放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝內(nèi)，關(guān)閉爐門，對真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)低于5×10^-3Pa；

然后向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，加壓至0.5個(gè)大氣壓，開始通電熔煉，熔煉溫度控制在420℃，使坩堝內(nèi)內(nèi)的待熔物料完全熔化，立刻關(guān)閉加熱電源；

熔煉完畢后，降溫至室溫狀態(tài)，然后從爐中取出熔煉獲得的合金半成品，將合金半成品通過水浴加熱至75℃，使合金半成品再次熔化，并加入預(yù)備好的鍍有石墨烯的銅粉，并用玻璃棒攪拌均勻，同時(shí)水浴自然冷卻，直至冷卻凝固，即可得到高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金。

實(shí)施例1得到的高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的各項(xiàng)性能見表1。

實(shí)施例2

準(zhǔn)備制備高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的物料，在該物料中包含以下重量百分含量的各組分：15.7％的Sn，13.1％的In，17.8％的Pb，7.6％的Cd，45.3％的Bi，0.5％的鍍石墨烯的銅粉，鍍石墨烯的銅粉的顆粒平均尺寸約為80納米。

準(zhǔn)備好上述物料后，將Sn、In、Pb、Cd與Bi放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝內(nèi)，關(guān)閉爐門，對真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)低于5×10^-3Pa；

然后向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入氬氣作為保護(hù)氣體，加壓至0.6個(gè)大氣壓，開始通電熔煉，熔煉溫度控制在410℃，使坩堝內(nèi)內(nèi)的待熔物料完全熔化，立刻關(guān)閉加熱電源；

熔煉完畢后，降溫至室溫狀態(tài)，然后從爐中取出熔煉獲得的合金半成品，將合金半成品通過水浴加熱至70℃，使合金半成品再次熔化，并加入預(yù)備好的鍍有石墨烯的銅粉，并用玻璃棒攪拌均勻，同時(shí)水浴自然冷卻，直至冷卻凝固，即可得到高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金。

實(shí)施例2得到的高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的各項(xiàng)性能見表1。

實(shí)施例3

準(zhǔn)備制備高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的物料，在該物料中包含以下重量百分含量的各組分：16.8％的Sn，13.3％的In，19.3％的Pb，7.4％的Cd，42.5％的Bi，0.7％的鍍石墨烯的銅粉，鍍石墨烯的銅粉的顆粒平均尺寸約為120納米。

準(zhǔn)備好上述物料后，將Sn、In、Pb、Cd與Bi放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝內(nèi)，關(guān)閉爐門，對真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)低于5×10^-3Pa；

然后向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，加壓至0.6個(gè)大氣壓，開始通電熔煉，熔煉溫度控制在400℃，使坩堝內(nèi)內(nèi)的待熔物料完全熔化，立刻關(guān)閉加熱電源；

熔煉完畢后，降溫至室溫狀態(tài)，然后從爐中取出熔煉獲得的合金半成品，將合金半成品通過水浴加熱至65℃，使合金半成品再次熔化，并加入預(yù)備好的鍍有石墨烯的銅粉，并用玻璃棒攪拌均勻，同時(shí)水浴自然冷卻，直至冷卻凝固，即可得到高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金。

實(shí)施例3得到的高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的各項(xiàng)性能見表1。

實(shí)施例4

準(zhǔn)備制備高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的物料，在該物料中包含以下重量百分含量的各組分：15.6％的Sn，11.9％的In，18.6％的Pb，8.2％的Cd，44.8％的Bi，0.9％的鍍石墨烯的銅粉，鍍石墨烯的銅粉的顆粒平均尺寸約為268納米。

準(zhǔn)備好上述物料后，將Sn、In、Pb、Cd與Bi放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝內(nèi)，關(guān)閉爐門，對真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)低于5×10^-3Pa；

然后向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，加壓至0.6個(gè)大氣壓，開始通電熔煉，熔煉溫度控制在430℃，使坩堝內(nèi)內(nèi)的待熔物料完全熔化，立刻關(guān)閉加熱電源；

熔煉完畢后，降溫至室溫狀態(tài)，然后從爐中取出熔煉獲得的合金半成品，將合金半成品通過水浴加熱至80℃，使合金半成品再次熔化，并加入預(yù)備好的鍍有石墨烯的銅粉，并用玻璃棒攪拌均勻，同時(shí)水浴自然冷卻，直至冷卻凝固，即可得到高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金。

實(shí)施例4得到的高儲(chǔ)能密度高導(dǎo)熱率的相變儲(chǔ)能低熔點(diǎn)合金的各項(xiàng)性能見表1。

表1

從表1的數(shù)據(jù)可以看到，本發(fā)明通過摻雜石墨烯銅粉之后獲得的低熔點(diǎn)合金相變材料，其能量密度幾乎沒有發(fā)生變化，但是熱傳導(dǎo)率獲得極大的提升，達(dá)到59.3W/mK以上，比純合金的21.7W/mK提高了2倍以上，具有極高的應(yīng)用潛力。