[发明专利]一种磁-热能量转换和热能存储定形相变复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磁‑热能量转换和热能存储定形相变复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。一种磁‑热能量转换和热能存储定形相变复合材料，其特征在于：所述复合材料由定形相变材料和均匀分散在其内的超顺磁性纳米颗粒组成，其中，按质量百分比，定形相变材料：96～99％，超顺磁性纳米颗粒：1～4％，其中，所述超顺磁性纳米颗粒为Fe₃O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄、MnFe₂O₄。本发明用结合原位掺杂的溶胶‑凝胶法制备出定形相变复合材料，成功地将超顺磁性纳米材料引入到PCM体系中，可以同时实现磁‑热能量转换和热能存储，所得材料具有优异的形状稳定性能、储能密度以及热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种磁-热能量转换和热能存储定形相变复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

相变材料(PCM)，一种通过改变存在状态(从液态到固态、固态到液态)来提供潜热的物质，是节能环保的最佳绿色环保载体。PCM的使用可以实现储存和释放大量的能量，因此它们被广泛应用在热能管理和存储领域(M.M.Farid,A.M.Khudhair,S.A.K.Razack andS.Al-Hallaj,Energy conversion and management,2004,45,1597-1615.)。

磁性纳米颗粒由于磁热效应的存在，在交变磁场中可以向周围环境散热。当磁性纳米颗粒的尺寸减小到一定程度时，它们表现出的超顺磁性，超顺磁性材料因为其具有独特的化学和物理性质，如磁化率相对较高，磁场去除后没有剩磁等，它的磁热效应是最高的，因此，将超顺磁性材料与定形相变材料复合，可以将超顺磁性材料散失在周围环境中的热量存储起来。

发明内容

为了实现磁-热能量转换和热能存储，本发明提供一种磁-热能量转换和热能存储定形相变复合材料，此种材料将超顺磁性颗粒引入定形相变材料体系，可以将磁性材料在交变磁场中产生的热量存储起来以便于利用。此类材料合成工艺简单，具有广阔的应用前景。

一种磁-热能量转换和热能存储定形相变复合材料，所述复合材料由定形相变材料和均匀分散在其内的超顺磁性纳米颗粒组成,其中，按质量百分比，

定形相变材料：96～99％，超顺磁性纳米颗粒：1～4％

其中，所述超顺磁性纳米颗粒为Fe₃O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄、MnFe₂O₄。

本发明所述磁-热能量转换和热能存储定形相变复合材料中，超顺磁性纳米颗粒均匀地分布在定形相变复合材料(PCM)中，二者复合，得到可实现磁-热能量转换和热能存储定形相变复合材料。此定形相变复合材料具有高的相变焓值和热容量。所得超顺磁性纳米颗粒复合定形相变材料与相变材料有相似的结晶性。PCM和Fe₃O₄/PCM在95℃时仍然是固态，而相变材料在65℃时已经部分熔化，表明具有优异的形状稳定性。所得材料具有高的热稳定性。

在交变磁场中，Fe₃O₄/PCM中的超顺磁性物质由于磁热效应而向周围环境散热，复合定形相变材料温度迅速升高，420s后，温度升至90.7℃，并在50～57℃处出现温度增长缓慢的平台，表明此温度段中材料的相变组分发生相转变，当撤离交变磁场后，复合定形相变材料的温度迅速下降，且温度下降至44℃时又出现一个温度下降缓慢的平台，此为材料中的相变组分结晶过程，表明此材料具有磁-热能量转换和热能存储特性，PCM温度也略有升高，原因是线圈通电发热。

优选地，所述超顺磁性纳米颗粒平均粒径为90～160nm。