[发明专利]氧化石墨烯/膨胀石墨气凝胶相变复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及氧化石墨烯/膨胀石墨气凝胶相变复合材料及其制备方法，将氧化石墨烯溶液与膨胀石墨混合形成均匀的分散液，分散液经过反应，制备成具有三维(3D)结构的rGO/EG混合水凝胶；将rGO/EG混合水凝胶在冻干机中冷冻获得rGO/EG混合气凝胶；将石蜡熔化后浸渍到rGO/EG混合气凝胶中，待石蜡凝固后，得到rGO/EG混合气凝胶相变复合材料。与现有技术相比，本发明制备得到的相变复合材料具有优良的导热性能、较高的储热性、结构稳定性。

技术领域

本发明涉及储能以及能源转变技术领域，具体涉及一种基于还原氧化石墨烯/膨胀石墨混合气凝胶相变复合材料及其制备方法。

背景技术

能源问题是21世纪人类面临的重大问题，人类生产生活的每个方面都离不开能源。同时，随着世界经济的快速发展，人类对能源的需求越来越高。而地球上的能源是有限的，所以蓄热节能材料对能源的合理利用和节约就显得越来越有实际意义。热能存储系统的出现，不仅有利于减少对化石燃料的依赖，而且有助于能源的高效和良性地使用。在该系统里，热能可以以显热和潜热的方式进行存储。相比于显热存储，潜热存储所需要的材料相对体积更小。因此潜热储能受到了更多的关注。潜热储热又称相变储热。相变材料在相变过程中能吸收和释放大量的相变潜热，被广泛应用于热能存储和温度控制领域。按物质属性的不同，相变材料可分为无机相变材料和有机相变材料。有机相变材料具有高相变潜热、过冷度小、无相分离等优点，得到广泛的应用，但有机相变材料存在热导率小和易泄漏等问题。如今已经提出了不同的解决方案来克服这些问题。

针对相变材料的热导率低的问题，最为广泛的解决方法为增加热导材料。例如金属粉末、碳材料或者无机非金属材料。但是，引入大量的热导材料和功能性填料必然会降低有机相变材料的储能密度。为了降低热导材料质量分数，使用一些低密度，高导热率的纳米级材料，如石墨烯泡沫。另外，制备三维导热网络结构，将相变材料浸入到导热网络中，亦可以有效的提高相变材料的导热性能。针对相变材料泄露问题，目前解决办法多为制备相变材料微胶囊。微胶囊将相变材料封装，防止相变材料的泄露。张东等利用氧化石墨烯作为囊壁，将石蜡相变材料稳定的包覆在微胶囊复合材料中。将相变材料以微胶囊的形式与热导率高的多孔材料复合，对相变材料进一步封装同时也可达到提高相变材料热导率的目的。但是该种做法目前仍然存在不少技术问题，首先，制备工艺的复杂性以及微胶囊壳壁脆弱性会导致相变过程可能会发生泄露。其次，其他材料微胶囊壳壁材料多为有机高分子材料，对环保不友好等等。都限制微胶囊相变复合材料的发展。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氧化石墨烯/膨胀石墨气凝胶相变复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

氧化石墨烯/膨胀石墨气凝胶相变复合材料的制备方法，包括：

将氧化石墨烯溶液与膨胀石墨混合形成均匀的分散液，分散液经过反应，制备成具有三维(3D)结构的rGO/EG混合水凝胶；

将rGO/EG混合水凝胶在冻干机中冷冻获得rGO/EG混合气凝胶；

将石蜡熔化后浸渍到rGO/EG混合气凝胶中，待石蜡凝固后，得到rGO/EG混合气凝胶相变复合材料。

根据改进的Hummers方法，通过氧化天然石墨粉末制备氧化石墨烯(GO)。

所述氧化石墨烯与膨胀石墨的质量比为4:1-1:4，优选采用4:1、3:2、2:3和1:4。

所述分散液置于高温反应釜中，在150-200℃真空干燥箱中，保持15-20h，获得rGO/EG混合水凝胶。

所述rGO/EG混合水凝胶在冻干机中控制温度为-70℃～0℃冻干处理40-60h。