一种温度可调的导热相变复合材料及其制备方法与应用

本申请属于相变储热材料，尤其涉及一种温度可调的导热相变复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、相变储热材料可分为无机相变材料和有机相变材料。其中，无机相变材料因其储能密度高、相变温度适宜和价格低廉，且与有机相变材料相比具有不燃的优势，在热管理应用中更具有实际价值。然而，由于无机相变材料的晶体结构导致其在室温下相变潜热普遍较低且导热能力有限，极大地限制了其应用。因此，需要提高无机相变材料在室温下相变潜热和导热系数。

2、公告号为cn 1100849310 b的现有技术公开了一种复合相变材料，其通过溶胶-凝胶法将十二水磷酸氢二钠、癸酸与增稠剂制成凝胶之后，进行冷热循环制成相变潜热高的复合相变材料。

3、但是，上文所述复合相变材料存在以下问题：一是复合相变材料的相变温度可调节范围较窄，且在相变温度范围内其相变潜热低；二是导热系数低，导致其不能及时储能与释放能量；三是过冷度大，导致相变材料相变潜热的耗散，使得相变潜热利用率低。

技术实现思路

1、本申请公开一种温度可调的导热相变复合材料及其制备方法与应用，旨在解决现有相变复合材料相变温度范围窄、导热能力有限以及过冷度大的技术问题。

2、为了实现上述目的，本申请的技术方案是：

3、本申请的第一方面提供了一种温度可调的导热相变复合材料，其制备原料由以下成分组成：

4、无机相变材料50～90重量份；

5、成核剂0～5重量份；

6、增稠剂0～5重量份；

7、导热填料0～5重量份；

8、温度调节剂0～10重量份。

9、结合第一方面优选地，所述的无机相变材料包括硫酸钠、磷酸氢二钠、醋酸钠、氯化钙和碳酸钠水合盐类中的一种或几种。

10、结合第一方面优选地，所述成核剂包括硼砂、二氧化硅、三氧化二铝、甲壳质纳米晶须、氧化石墨烯、纳米铜、六水氯化镁中的一种或几种。

11、结合第一方面优选地，所述增稠剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、细菌纤维素、羟甲基纤维素、聚阴离子纤维素中的一种或几种。

12、结合第一方面优选地，所述导热填料包括膨胀石墨、氮化硼、氮化铝、石墨烯、二氧化铝、氧化石墨、碳纳米管、二氧化钛、纳米银、纳米铜、纳米氧化铁中的一种或几种。

13、结合第一方面优选地，所述温度调节剂包括氯化钾、氯化铵和氯化钠中的一种或几种。

14、本申请的第二方面提供了第一方面所述温度可调的导热相变复合材料的制备方法，所述方法包括：

15、将无机相变材料、成核剂、增稠剂共混熔融后，冷却，得到第一复合物；

16、将所述第一复合物与导热填料进行共混熔融后，冷却，得到第二复合物；

17、将所述第二复合物和温度调节剂进行共混熔融后，冷却，得到所述温度可调的导热相变复合材料。

18、结合第二方面优选地，所述共混熔融时，温度为40-80℃，时间为0.2-2h。

19、结合第二方面优选地，所述冷却的温度为-196-10℃。

20、本申请的第三方面提供第二方面制备方法制成的所述温度可调的导热相变复合材料在电池热管理、可穿戴热管理设备和节能建筑材料中的应用。

21、与现有技术相比，本申请实施例的优点或有益效果至少包括：

22、本申请提供的温度可调的导热相变复合材料通过将无机相变材料、成核剂、增稠剂、导热填料以及温度调节剂进行复合，一方面，引入导热填料除了提高材料的导热性能，也能与增稠剂协同抑制相分离，提高复合材料循环稳定性，还能提供异相成核位点，降低结晶能垒而促进结晶，从而维持相变材料高的相变潜热；第二方面，引入温度调节剂能够使得水解后的阳离子分布于水分子和无机相变材料分子之间，增加无机相变材料分子与水分子的结合阻力，进而降低相变温度；第三方面，引入比表面积大且具有丰富羟基基团的增稠剂能够形成支撑网络结构，不仅能够与水分子形成氢键相互作用，显著改善相变材料的稳定性并有效抑制相分离，而且有利于导热填料构筑导热通路，强化传热路径。

技术特征：

1.一种温度可调的导热相变复合材料，其特征在于，其制备原料由以下成分组成：

2.根据权利要求1所述的温度可调的导热相变复合材料，其特征在于，所述的无机相变材料包括硫酸钠、磷酸氢二钠、醋酸钠、氯化钙和碳酸钠水合盐类中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的温度可调的导热相变复合材料，其特征在于，所述成核剂包括硼砂、二氧化硅、三氧化二铝、甲壳质纳米晶须、氧化石墨烯、纳米铜、六水氯化镁中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的温度可调的导热相变复合材料，其特征在于，所述增稠剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、细菌纤维素、羟甲基纤维素、聚阴离子纤维素中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的温度可调的导热相变复合材料，其特征在于，所述导热填料包括膨胀石墨、氮化硼、氮化铝、石墨烯、二氧化铝、氧化石墨、碳纳米管、二氧化钛、纳米银、纳米铜、纳米氧化铁中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的温度可调的导热相变复合材料，其特征在于，所述温度调节剂包括氯化钾、氯化铵和氯化钠中的一种或几种。

7.一种根据权利要求1-6任一所述的温度可调的导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的温度可调的导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔融共混时，温度为40-80℃，时间为0.2-2h。

9.根据权利要求7所述的温度可调的导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述冷却的温度为-196-10℃。

10.根据权利要求1-6任一所述的温度可调的导热相变复合材料可应用于电池外包装热管理、可穿戴热管理设备和节能建筑中。

技术总结
本申请公开了一种温度可调的导热相变复合材料及其制备方法与应用，属于相变储热材料技术领域。本申请提供的温度可调的导热相变复合材料通过将一定比例的无机相变材料、成核剂、增稠剂、导热填料以及温度调节剂进行复合，其相变温度为26.2‑34.2℃，过冷度为0.1℃，相变潜热为103.7‑170.2J/g，热导率为1.12‑1.55W/m·K。本申请提供的制备方法将无机相变材料、成核剂、增稠剂、导热填料和温度调节剂熔融共混，搅拌均匀后，再进行冷却，得到温度可调的导热相变复合材料，从而使得温度可调的导热相变复合材料具有相变温度接近室温且高相变潜热值、优异的导热性能以及低过冷度，在电池外包装热管理、可穿戴热管理设备和节能建筑材料中具有广泛的应用。

技术研发人员：杨洁,张鑫炎,杨伟
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16