[发明专利]一种具有全波段光热转换功能的相变微胶囊及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有全波段光热转换功能的相变微胶囊及其制备方法，由相变微胶囊和沉积于相变微胶囊表面的光热转换层组成，光热转换层为在太阳光全波段具有吸收功能的聚多巴胺。本发明的相变微胶囊在太阳光照射下，通过光热转换将太阳能转换为热能，并将热量储存于相变微胶囊中，光热转换效率可达到90％以上，克服了单一的相变微胶囊因无法将太阳能转换为热能而导致的光热转换效率低下(一般低于20％)的问题，同时解决了现有制备光热转换‑相变微胶囊的技术中存在的纳米光热转换材料适用范围窄、易从囊壁剥离和影响微胶囊成壳过程等问题。

技术领域

本发明属于相变微胶囊领域，特别涉及一种具有全波段光热转换功能的相变微胶囊及其制备方法。

背景技术

相变微胶囊是采用微胶囊技术对相变材料进行封装得到的微小容器，相变材料的微胶囊化既保持了相变材料近似恒温条件储放热和高储能密度的优点，又实现了相变材料的永久固态化，促进了其在功能纺织品、节能建筑及电子领域的应用。在太阳能热利用领域，作为一种潜热储热材料，相变微胶囊可以有效地解决太阳热能在时间和空间上分布不均问题。利用该储热技术，可以将光照充足时产生的多余热量存储起来，为后期光照不足时的再利用做准备。

然而，相变微胶囊是由高分子树脂包覆相变材料形成的具有核壳结构的材料，因其中没有光热转换材料，故其本身并不具有光热转换功能，也就是其自身并无法将太阳光能转换为热能。相变微胶囊所存储的热量主要来源于周围环境的热量。如在太阳能功能热流体中，相变微胶囊所存储的热量是源于热流体中的光热转换材料将太阳能转化产生的热量。周围环境的热量向相变微胶囊的传递过程会存在不可避免的热损耗问题。因此，采用合适的方法将光热材料直接负载到相变微胶囊上，将经由光热转换产生的太阳热能直接传递给储热材料，可以显著地提高太阳热能的利用效率，避免热量损失。

当前的专利和研究论文主要采用无机纳米材料掺杂的方式将光热转换功能赋予相变微胶囊。专利CN109536137B公开了一种同时具有磁性和光热转换特性的相变微胶囊及其制备方法，该发明采用无机碳材料对高分子囊壁预聚体进行预处理，从而在囊壁中引入光热转换材料。专利CN109609100A公开了一种同时具备吸光发热储热功能的光热复合材料及其制备方法，该发明通过在乳化阶段将纳米光热材料固定在油水界面上制备了具有光热转换功能的相变微胶囊。论文(Preparation of graphite nanoparticles-modifiedphase change microcapsules and their dispersed slurry for direct absorptionsolar collectors，Solar Energy MaterialsSolar Cells，2017年)通过在密胺树脂预聚合过程中加入纳米石墨成功地将具有光热转换特性的纳米石墨引入到相变微胶囊中。论文(Solar-driven phase change microencapsulation with efficientTi₄O₇nanoconverter for latent heat storage，Nano Energy，2018年)在采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅微胶囊的过程中引入纳米七氧化四钛得到了一种具有光热转换功效的相变微胶囊。论文(Graphene/SiO₂/n-octadecane nanoencapsulated phase changematerial with flower like morphology,high thermal conductivity,and suppressedsupercooling，Applied Energy，2019年)通过在乳液中加入石墨烯制备了以二氧化硅/石墨烯为复合囊壁的花状结构的光热转换-相变微胶囊。但是上述研究都是采用无机纳米光热材料对有机或无机高分子囊壁进行掺杂或接枝改性来实现光热转换功能的赋予。这种方法存在着三个潜在的问题：纳米无机颗粒的适用性比较窄(不能适用于多种囊壁的相变微胶囊)；纳米无机颗粒容易从囊壁表面脱落；纳米无机颗粒用量增加通常会导致微胶囊的成壳困难。