[发明专利]一种多层碳纳米管复合相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合相变储能材料，具体涉及一种包含多层碳纳米管和钨掺杂纳米二氧化钒粉体的复合相变储能材料。 

背景技术

相变储能技术是利用材料的相变潜热来实现能量的吸收、存储和释放，能有效地调节能量供需在时间和空间上的矛盾，因而在能源有效利用和节能领域成为近年的研究热点之一。有机相变材料由于具有固体状态成型性好、不容易出现过冷和相分离现象、材料的腐蚀性较小、性能比较稳定、毒性较小等优点受到研究者的青睐，但同时该类材料还有不少不足，在很多情况下，我们所要储存的能源的释放速度是非常快的。这就要求我们所使用的相变材料要具有高的导热能力以提高热能的存储速度。但是正是由于适合于用作相变材料的有机物质的导热能力都非常低，最主要的就是导热系数小，致使其在系统的应用中传热性能差、蓄热量利用率低，从而降低了系统的效能；因此在很大程度上限制了它们的应用。为了提高储能材料热量储存和释放效率，必须强化有机相变材料的相变传热过程，即提高其热导率进行研究。 

当前用来增强相变材料传热能力的方法主要有以下三种：1)在相变材料的封装结构上想办法：将相变材料封装在具有高传热能力的壳体结构或肋管如铝盘、金属管内。通过增大与热源的接触面积来提高传热效率。2)在相变材料内添加具有高导热性能的填料如：金属片、金属环、金属粉末、陶瓷材料、碳纤维、碳黑及石墨等。3)将相变材料镶嵌于具有高导热能力的金属基材中。例如：将相变材料进行微胶囊包覆后，再在其表面电沉积铜，形成在铜基材中镶嵌有相变材料的复合材料。这些方法都有效地提高了相变材料的表观导热能力，但是也存在一些问题。比如结构复杂、导热能力存在各向异性及对储热能力的牺牲过大等。因此还是很有必要寻找新的提高相变材料的导热能力的方法。 

碳纳米管具有良好的传热性能，由于碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂合适量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。 

二氧化钒(VO₂)是一种具有相变特性的金属氧化物，在68℃左右会发生由低温单斜相(M相)到高温四方金红石相(R相)的可逆相转变，伴随着这种结构变化，其热导率、电导率等物理性质会发生突变，从而使VO₂在智能温控薄膜、热敏电阻材料、光电开关材料、红外探测材料、激光防护层等领域应用广泛。为了拓宽VO₂应用领域和提高VO₂应用性能，降低其相变温度成为重要途径之一。研究证明，通过原子掺杂方法可以使VO ₂ 的相变温度有效降低甚至降低到室温，其中钨掺杂降低相变温度效果是最明显的。 

随着电子元件的高度集成和体积微小化，其单位面积的发热功率不断提高，电子元件的温度也不断升高。近年来，利用相变储热装置进行电子元件的散热冷却在国外已受到广泛重视。在储热装置中，储热材料的性能已成为影响装置性能的关键因素。但目前的技术存在导热系数低的缺点，从而降低了储热装置的传热性能。如何研究开发出高导热性能的相变材料，是提高电子元件散热冷却效率的关键。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术上的不足，提供一种储热密度大、导热系数高且性能稳定的多层碳纳米管复合相变储能材料。 

本发明的另一目的在于提供由上述复合相变储能材料的制备方法。 

本发明目的通过如下技术方案实现： 

一种多层碳纳米管复合相变储能材料，其包括以下原料：有机相变材料，多层纳米碳管以及钨掺杂纳米二氧化钒粉体，多层碳纳米管在复合相变储能材料中的重量百分含量为5-20wt％，钨掺杂纳米二氧化钒粉体在复合相变储能材料中的重量百分含量为1-10wt％；其中，所述有机相变材料选自分子量200-6000的PEG、C12-C16脂肪酸或前述物质的混合物；所述复合相变储热材料的最低相变潜热为100-120J/g，导热系数为0.25-0.35W/m.K。

所述PEG优选自PEG200、PEG400、PEG600、PEG1000、PEG1500、PEG2000、PEG6000，更优选PEG400、PEG600、PEG1000。 

 所述C12-C16脂肪酸优选自十二酸、十四酸、十六酸或三者的混合物，更优选前述三者的混合物中，十二酸、十四酸、十六酸的重量比为10-60：10-20：20-30。