[发明专利]一种新型有序介孔碳基复合相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型有序介孔碳基复合相变材料，以有序介孔碳作为支撑基体，熔融或可溶有机相变材料作为相变成分复合制得，有序介孔碳是以F127为模板剂，间苯二酚及水解TEOS的羟基与F127的官能团通过氢键交联，在F127模板剂胶束的表面固定，接着通过间苯二酚与甲醛的聚合以及TEOS的缩聚反应得到成碳前驱体；将成碳前驱体碳化得到规则有序介孔碳；然后利用有序介孔碳的孔道结构和毛细吸附作用将熔融或可溶的有机相变材料分散入有序介孔碳内作为相变芯材制得。本发明通过介孔碳吸附有机相变材料成功解决了有机相变材料存在的易流动泄露的问题，且复合相变材料具备优异的储热性能及热稳定性能。因此本发明在储热领域具备应用潜力。

技术领域

本发明涉及复合相变材料领域，具体涉及一种新型有序介孔碳基复合相变材料。

背景技术

相变材料可通过物质的相态转变来实现热能储存和释放的功能，因此可用于热能的存储并有效的利用能源，此外，相变材料的相态转变过程始终处于恒温过程，因此可以实现智能控制局部环境温度的需求。但是据我们所知一些传统的“固-液”相变材料因存在相变后易流动泄露、导热率低的问题而限制了应用范围。因此，将相变材料固定于支撑材料的孔道结构中形成形状稳定的复合相变材料是一个可行有效的方法。

传统碳材料大部分孔道结构的存在形式均为大孔，在附载熔融或可溶有机相变材料的过程中存在比较明显的泄露现象。相比之下，介孔碳材料具有较高的比表面积，独特的吸附功能，交替的孔道结构，因此在附载熔融或可溶有机相变材料的应用中有序介孔碳材料是一种不错的支撑材料，有序介孔碳材料的应用可有效地解决熔融或可溶有机相变材料易泄露的问题。此外，碳材料优异的导热性能有效提高相变材料的导热系数和热稳定性，同时提高相变材料的机械性能，从而使相变材料的应用范围得到扩展。

发明内容

本发明针对相变材料存在的易流动泄露的问题，提供一种新型有序介孔碳基复合相变材料及及制备方法。

本发明的原理是首先通过自组装法和纳米致孔原理制备出规则的介孔碳材料，然后利用物理吸附法使熔融的有机相变材料或相变材料溶液吸附于有序介孔碳的孔道结构中制得新型有序介孔碳基复合相变材料。

本发明的目的是利用有序介孔碳材料的多孔结构，解决传统相变材料存在的易流动泄露的问题并进一步提高熔融或可溶有机相变材料热循环稳定性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型有序介孔碳基复合相变材料，其特征在于：主要是以有序介孔碳作为支撑基体，熔融或可溶有机相变材料作为相变成分复合制得，其中，有序介孔碳是以F127为模板剂，间苯二酚及水解TEOS的羟基与F127的官能团通过氢键交联，在F127模板剂胶束的表面固定，接着通过间苯二酚与甲醛的聚合以及TEOS的缩聚反应得到成碳前驱体。将成碳前驱体碳化得到规则有序介孔碳，然后利用有序介孔碳的孔道结构和毛细吸附作用将熔融或可溶的有机相变材料分散入有序介孔碳内作为相变芯材制得新型有序介孔碳基复合相变材料，其中，有序介孔碳的孔径为4.3~4.5 nm，比表面积为342 m²/g~602 m²/g，孔容为0.43cm³/g~0.56 cm³/g，所述的可熔融或可溶的有机相变材料为石蜡类、脂肪酸类、多元醇类中的一种或多种。

一种新型有序介孔碳基复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）成碳预聚物的制备，间苯二酚及水解TEOS与模板剂F127通过氢键作用力交联，固定在F127模板胶束表面，首先，将F127溶解于去离子水与乙醇的混合溶液中，搅拌形成稳定的胶束溶液，依次添加间苯二酚、TEOS及盐酸溶液，在35 ℃~40 ℃持续搅拌2~3h，得到稳定的成碳预聚物，其中，F127在无水乙醇和去离子水混合溶液中的添加量为17%~20%，间苯二酚与TEOS的质量配比2.0~2.5:2，添加的盐酸与TEOS的体积配比为2.0~2.2:2；