專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及復(fù)合相變儲(chǔ)能材料結(jié)構(gòu)及其制備。
背景技術(shù)：
相變材料作為一種能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存材料的研究始于20世紀(jì)40年代，2001年由美國(guó)等開(kāi)展的Annex17計(jì)劃(先進(jìn)相變儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)與材料)進(jìn)一步推動(dòng)了該領(lǐng)域的研究。相變材料的工作原理是通過(guò)材料物相變化過(guò)程中伴隨的能量變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的熱(冷)量的吸收與放出，從而達(dá)到能量?jī)?chǔ)存與控制周?chē)h(huán)境溫度之目的。近年來(lái)，能源危機(jī)、精密電子器件的散熱等問(wèn)題日愈成為世界上人們關(guān)注的熱點(diǎn)，推動(dòng)了相變材料在太陽(yáng)能儲(chǔ)存、能量利用與轉(zhuǎn)換、廢熱與廢冷利用、電站電力調(diào)峰、體系溫度控制等技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研究，許多研究成果已經(jīng)獲得了實(shí)際應(yīng)用。
相變材料的種類(lèi)很多，根據(jù)目前的實(shí)際應(yīng)用情況，按照相變材料的相變特點(diǎn)，可將它們分為固—液相變材料、固—?dú)庀嘧儾牧?、固—固相變材料、液—?dú)庀嘧儾牧系人拇箢?lèi)。其中，固—液相變材料具有來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、使用相對(duì)比較方便、儲(chǔ)能密度高等優(yōu)點(diǎn)，成為在實(shí)際研究和應(yīng)用中采用最多的一類(lèi)相變儲(chǔ)能材料。但是，與其它類(lèi)型的相變儲(chǔ)能材料相比，固—液相變材料在實(shí)際中的應(yīng)用受到了一定的限制，這主要是因?yàn)橐环矫婀獭合嘧儾牧显谑褂脮r(shí)需要特殊的容器；另一方面無(wú)機(jī)化合物類(lèi)的固-液相變材料容易產(chǎn)生過(guò)冷、相分離等現(xiàn)象；有機(jī)化合物類(lèi)的固P—液相變材料的熱傳導(dǎo)性能較差，且具有可燃性等。
目前，人們普遍采用制備復(fù)合材料的方法來(lái)解決這些在實(shí)際中的應(yīng)用難題。如楊睿等(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1369537)，將石蠟與烯烴類(lèi)聚合物組成的混合體系，在煉膠機(jī)中塑煉成片后冷卻成型，最后獲得了相變潛熱為175J/g的定形復(fù)合相變儲(chǔ)能材料；Chen等(United StatesPatent4，504，402)利用微囊化技術(shù)，以瀝青等為囊材，包裹無(wú)機(jī)類(lèi)固—液相變材料，獲得了微囊化的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料；文獻(xiàn)[3]中采用的化學(xué)接枝方法，獲得了以聚乙二醇為相變功能單元的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。這些發(fā)明與技術(shù)一定程度上解決了固—液相變材料應(yīng)用時(shí)必需特殊容器的難題，也基本上解決了固—液相變材料在使用過(guò)程中的過(guò)冷、相分離等問(wèn)題，擴(kuò)大了該類(lèi)相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用領(lǐng)域與范圍。但所提供的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料存在相變潛熱相對(duì)較低、導(dǎo)熱率低、材料之間的組合難度大等缺點(diǎn)，不利于多樣化的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備、以及它們的實(shí)際應(yīng)用要求。
連續(xù)多孔性無(wú)機(jī)金屬材料，如泡沫鎳或泡沫鐵等泡沫金屬材料，具有密度較小、吸附性能優(yōu)良、穩(wěn)定性高、導(dǎo)熱率高等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料及其制備方法，所提供的高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料具有導(dǎo)熱率高、易成型、相變溫度穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)；所提供的高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)。
本發(fā)明技術(shù)方案為一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，由無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料、相變儲(chǔ)能材料和封孔材料復(fù)合而成。所述相變儲(chǔ)能材料為固—液相變儲(chǔ)能材料，均勻分布于無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料的孔中。所述無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料與外界環(huán)境接觸的表面用封孔材料密封。
所述無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料可以是如泡沫Ni、泡沫Fe、泡沫Cu等泡沫金屬材料。
所述固—液相變儲(chǔ)能材料如在較低的溫度環(huán)境中使用，可以是結(jié)晶含水鹽類(lèi)化合物，如三水醋酸納、十二水磷酸鈉、三水硝酸鋰、八水氫氧化鋇、六水結(jié)晶氯化鈣等；也可以是高潛熱石蠟；還可以是有機(jī)小分子類(lèi)固液相變材料，如聚乙二醇、硬脂酸、棕櫚酸等。
所述固—液相變儲(chǔ)能材料如在較高的溫度環(huán)境中使用，可以是具有較高相變潛熱的化合物、金屬單質(zhì)等，如LiH、P等。
所述封孔材料可以是各種樹(shù)脂、粘結(jié)劑等，如環(huán)氧樹(shù)脂、氯丁橡膠、尼龍66、高密度聚乙烯等。
所述固—液相變儲(chǔ)能材料中可以添加一定的表面活性劑作為分散劑以增加固—液相變儲(chǔ)能材料在無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料中的分布性能。所述表面活性劑可以是OP、乙二醇、CMC、十八烷基苯磺酸等。
所述固—液相變儲(chǔ)能材料中可以添加一定的緩蝕劑，以防止或減緩固—液相變儲(chǔ)能材料可能造成的對(duì)無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料的腐蝕。所述緩蝕劑可以是硫脲、吐溫、多聚糖類(lèi)、多聚磷酸鹽、有機(jī)硅烷等。
所述固—液相變儲(chǔ)能材料中還可以添加一定的穩(wěn)定劑，以增加固—液相變儲(chǔ)能材料的穩(wěn)定性能。所述穩(wěn)定劑可以是聚乙烯醇、淀粉、明膠、瓊脂、蜂膠等高分子量物質(zhì)。
一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征是，包括以下步驟步驟一.清洗并干燥成型的無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料，去除其表面或孔中可能存在的油污。
步驟二.選用適量的固—液相變儲(chǔ)能材料，加熱熔融，必要的情況下加入少量的分散劑、緩蝕劑、穩(wěn)定劑等添加劑，并攪拌均勻。
步驟三.將經(jīng)步驟一清洗、干燥后的成型的無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料浸入步驟二所得的熔融態(tài)的相變儲(chǔ)能材料中，保持足夠的時(shí)間，讓無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料充分吸附相變儲(chǔ)能材料，必要時(shí)可采取攪拌、振蕩等措施促進(jìn)相變儲(chǔ)能材料的吸附。
步驟四.將充分吸附相變儲(chǔ)能材料后的無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料降溫，使其吸附的相變儲(chǔ)能材料固化。
步驟五.將步驟四所得的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的表面用封孔劑密封表面的孔洞。
上述制備方法中所述步驟一的清洗、干燥以去除無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料表面油污的過(guò)程，可采用弱酸性溶液(如H3PO4溶液)、弱堿性溶液(如Na2CO3溶液)或采用兩種溶液順序清洗，必要的情況下可加熱。
本發(fā)明實(shí)質(zhì)是以以無(wú)機(jī)多孔金屬連續(xù)材料(如泡沫Ni、泡沫Fe、泡沫Cu等)為載體、固—液相變儲(chǔ)能材料為功能物質(zhì)，制備出高導(dǎo)熱率復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。
目前，在實(shí)際應(yīng)用中使用、且相變點(diǎn)低于200℃的相變儲(chǔ)能材料的熱傳導(dǎo)率都較低，其直接產(chǎn)生的后果是，在材料的熱循環(huán)中(吸能-放能)勢(shì)必造成材料表面溫度與體系內(nèi)部的巨大溫差，影響儲(chǔ)能材料使用性能，使儲(chǔ)能材料無(wú)法正常發(fā)揮功能。這正是目前復(fù)合相變儲(chǔ)能材料在實(shí)際應(yīng)用中遇到的難題。金屬單質(zhì)具有良好的熱傳導(dǎo)率(如塊狀鎳的導(dǎo)熱率為88W/m.K)，將其制備成泡沫狀后仍然具有較好的導(dǎo)熱率(開(kāi)口)。本發(fā)明的巧妙之處在于，使用泡沫金屬作為介質(zhì)與傳熱體，將復(fù)合材料的載體、導(dǎo)熱體合二為一，成功地解決了目前相變儲(chǔ)能材料中的熱傳導(dǎo)問(wèn)題。金屬單質(zhì)載體具有的良好導(dǎo)熱性能，決定了獲得的復(fù)合相變材料也具有高的導(dǎo)熱性能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、所提供的高導(dǎo)熱率復(fù)合相變儲(chǔ)能材料具有導(dǎo)熱率高、易成型等特點(diǎn)。
2、所提供的高導(dǎo)熱率復(fù)合相變儲(chǔ)能材料穩(wěn)定性能好，可廣泛應(yīng)用于制造高性能散熱板、太陽(yáng)能儲(chǔ)存、廢熱(冷)的利用等多種技術(shù)領(lǐng)域。
3、所提供的高導(dǎo)熱率復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、實(shí)用、易于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明所述的高導(dǎo)熱率復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一連續(xù)多孔性無(wú)機(jī)金屬材料采用泡沫金屬Ni，固-液相變儲(chǔ)能材料采用三水醋酸鈉，封孔材料采用環(huán)氧樹(shù)脂，按照發(fā)明內(nèi)容中的制備方法所制備的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料吸附率為74.4％、儲(chǔ)能率可達(dá)161J/g、熱導(dǎo)率高于15W/m.K、相變點(diǎn)為57℃-59℃。
具體實(shí)施方式
二連續(xù)多孔性無(wú)機(jī)金屬材料采用泡沫金屬Ni，固—液相變儲(chǔ)能材料采用十二水磷酸鈉，封孔材料采用環(huán)氧樹(shù)脂，按照發(fā)明內(nèi)容中的制備方法所制備的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料吸附率為77.8％、儲(chǔ)能率可達(dá)179J/g、熱導(dǎo)率高于15W/m.K、相變點(diǎn)為39℃-42℃。
具體實(shí)施方式
三連續(xù)多孔性無(wú)機(jī)金屬材料采用泡沫金屬Ni，固—液相變儲(chǔ)能材料采用硬脂酸，封孔材料采用環(huán)氧樹(shù)脂，按照發(fā)明內(nèi)容中的制備方法所制備的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料吸附率為70.5％、儲(chǔ)能率可達(dá)110J/g、熱導(dǎo)率高于15W/m.K、相變點(diǎn)為65℃-72℃。
具體實(shí)施方式
四連續(xù)多孔性無(wú)機(jī)金屬材料采用泡沫金屬Ni，固—液相變儲(chǔ)能材料采用棕櫚酸，封孔材料采用環(huán)氧樹(shù)脂，按照發(fā)明內(nèi)容中的制備方法所制備的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料吸附率為73.6％、儲(chǔ)能率可達(dá)111J/g、熱導(dǎo)率高于15W/m.K、相變點(diǎn)為54℃-63℃。
具體實(shí)施方式
五連續(xù)多孔性無(wú)機(jī)金屬材料采用泡沫金屬Ni，固—液相變儲(chǔ)能材料采用三水硝酸鋰，封孔材料采用環(huán)氧樹(shù)脂，按照發(fā)明內(nèi)容中的制備方法所制備的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料吸附率為74.4％、儲(chǔ)能率可達(dá)181J/g、熱導(dǎo)率高于15W/m.K、相變點(diǎn)為28℃-34℃。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，由無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料、相變儲(chǔ)能材料和封孔材料復(fù)合而成；所述相變儲(chǔ)能材料為固—液相變儲(chǔ)能材料，均勻分布于無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料的孔中；所述無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料與外界環(huán)境接觸的表面用封孔材料密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，所述無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料可以是如泡沫Ni、泡沫Fe、泡沫Cu等泡沫金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，所述固—液相變儲(chǔ)能材料如在較低的溫度環(huán)境中使用，可以是結(jié)晶含水鹽類(lèi)化合物，如三水醋酸納、十二水磷酸鈉、三水硝酸鋰、八水氫氧化鋇、六水結(jié)晶氯化鈣等；也可以是高潛熱石蠟；還可以是有機(jī)小分子類(lèi)固液相變材料，如聚乙二醇、硬脂酸、棕櫚酸等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，所述固—液相變儲(chǔ)能材料如在較高的溫度環(huán)境中使用，可以是具有較高相變潛熱的化合物、金屬單質(zhì)等，如LiH、P等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，所述封孔材料可以是各種樹(shù)脂、粘結(jié)劑等，如環(huán)氧樹(shù)脂、氯丁橡膠、尼龍66、高密度聚乙烯等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，所述固—液相變儲(chǔ)能材料中可以添加一定的表面活性劑作為分散劑以增加固—液相變儲(chǔ)能材料在無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料中的分布性能；所述表面活性劑可以是OP、乙二醇、CMC、十八烷基苯磺酸等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，所述固—液相變儲(chǔ)能材料中可以添加一定的緩蝕劑，以防止或減緩固—液相變儲(chǔ)能材料可能造成的對(duì)無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料的腐蝕；所述緩蝕劑可以是硫脲、吐溫、多聚糖類(lèi)、多聚磷酸鹽、有機(jī)硅烷等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其特征是，所述固—液相變儲(chǔ)能材料中還可以添加一定的穩(wěn)定劑，以增加固—液相變儲(chǔ)能材料的穩(wěn)定性能；所述穩(wěn)定劑可以是聚乙烯醇、淀粉、明膠、瓊脂、蜂膠等高分子量物質(zhì)。
9.一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征是，包括以下步驟步驟一.清洗并干燥成型的無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料，去除其表面或孔中可能存在的油污；步驟二.選用適量的固—液相變儲(chǔ)能材料，加熱熔融，必要的情況下加入少量的分散劑、緩蝕劑、穩(wěn)定劑等添加劑，并攪拌均勻；步驟三.將經(jīng)步驟一清洗、干燥后的成型的無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料浸入步驟二所得的熔融態(tài)的相變儲(chǔ)能材料中，保持足夠的時(shí)間，讓無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料充分吸附相變儲(chǔ)能材料，必要時(shí)可采取攪拌、振蕩等措施促進(jìn)相變儲(chǔ)能材料的吸附；步驟四.將充分吸附相變儲(chǔ)能材料后的無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料降溫，使其吸附的相變儲(chǔ)能材料固化；步驟五.將步驟四所得的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的表面用封孔劑密封表面的孔洞。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征是，所述步驟一的清洗、干燥以去除無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料表面油污的過(guò)程，可采用弱酸性溶液(如H3PO4溶液)、弱堿性溶液(如Na2CO3溶液)或采用兩種溶液順序清洗，必要的情況下可加熱。
全文摘要
一種高導(dǎo)熱復(fù)合相變儲(chǔ)能材料及其制備方法，屬于復(fù)合相變儲(chǔ)能材料技術(shù)領(lǐng)域。其材料由無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料、相變儲(chǔ)能材料和封孔材料復(fù)合而成；其中，相變儲(chǔ)能材料為均勻分布于無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料的孔中的固－液相變儲(chǔ)能材料，整個(gè)材料表面用封孔材料密封。其制備方法以無(wú)機(jī)金屬多孔連續(xù)材料為載體，以固－液相變儲(chǔ)能材料為功能物質(zhì)；將清潔的載體浸入液態(tài)功能物質(zhì)中(必要時(shí)加入適量的添加劑并混合均勻)，讓其充分吸附，最后降溫固化并封孔。所述材料具有導(dǎo)熱率高、易成型、相變溫度穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)；所述制備方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、實(shí)用、易于推廣應(yīng)用。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于制造高性能散熱板、太陽(yáng)能儲(chǔ)存、廢熱(冷)的利用等多種技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C09K5/06GK1935932SQ20061002184
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月14日
發(fā)明者鄧龍江, 王守緒, 翁小龍 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)