[发明专利]石墨烯气凝胶智能相变纤维、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯气凝胶智能相变纤维、其制备方法及应用。所述石墨烯气凝胶智能相变纤维包括石墨烯气凝胶纤维、相变材料和疏水涂层，所述石墨烯气凝胶纤维具有由石墨烯片层搭接形成的连续的石墨烯三维多孔网络结构，所述相变材料包裹于所述石墨烯片层上并填充嵌入于所述三维多孔网络结构中，所述疏水涂层均匀包覆于所述石墨烯气凝胶纤维表面。本发明的石墨烯气凝胶智能相变纤维具有优异的电学、柔韧性和疏水性能，具有可调的相变材料负载量、热焓值及熔点，在相变储能及光热转换与存储、电热转换与存储方面有着良好的应用，且制备工艺简单、反应条件温和、可控，绿色无污染，适于大规模生产，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯气凝胶智能相变纤维，尤其涉及一种石墨烯气凝胶智能相变纤维及其制备方法与应用，属于纳米多孔材料及相变储能技术领域。

背景技术

相变纤维具有智能调温功能，当外界温度发生急剧变化时，纤维中的相变材料会发生固- 液或固-固相转变，缓冲温度变化对人体的影响，进而为人体营造舒适的微气候环境。随着可穿戴/便携式电子产品的发展，柔性储能器件受到人们的关注。而具有多功能、多响应的智能纤维，作为可穿戴器件的基本组成单元，具有重大需求空间。如何赋予相变纤维多重刺激响应性能，实现主动调温、储能及自清洁等功能，成为一个重大挑战。

气凝胶的产生起源于上世纪三十年代，由美国加州太平洋大学化学家Sterven.S.Kistler 无意中发明的一种物质，俗称“冷冻烟雾”，将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。经过八十多年的发展，气凝胶材料已逐步实现商业化，在诸多领域有着重要的应用。

相变储能材料的潜热储存对于周围环境、太阳能及机车或电子器件所产生废热的利用，是一种最为可行的方法。有机固-液相变材料具有宽的相变温度范围、稳定的化学性质、高潜热、价廉等优点。然而由于其低热/电导率、泄露等问题限制其应用。寻找合适的支架材料并赋予相变储能材料以高的热/电导率、良好的形状稳定性及高的相变焓，是尤为重要的。目前，金属泡沫、碳气凝胶、石墨烯气凝胶、碳纳米管海绵及碳纳米管阵列等多孔材料被用于有机相变储能材料的研究中，赋予其优异的电/热导率，并可光或电驱动进行热能转换与储存。故利用气凝胶这一材料改善相变储能材料的困境，是极为可行的并有着极大的应用前景。

传统的相变储能材料，多以大型设备容器封闭或大尺寸、块体的支架材料应用于相变储能材料。其中气凝胶的引入使得相变材料展现出良好的电、光的热响应，实现热能的转换与利用。然而传统应用中这种大尺寸并不能适用于现在的柔性可穿戴设备及越来越微型化的电子电路中，故具有良好柔性、导电性的智能相变纤维将成为今后发展的一个重要方向。

鉴于柔性可穿戴设备和越来越微型化的智能器件对新材料的需求，迫切需要并提出一种结构与性能新颖的智能相变材料及制备方法，来达到工艺简单、生产周期短、成本低的目的，充分发挥相变储能材料的优势，将相变材料的应用推向一个新高度，进而满足柔性可穿戴设备和越来越微型化的智能器件日益增长的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种石墨烯气凝胶智能相变纤维及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的又一目的在于提供前述石墨烯气凝胶智能相变纤维的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种石墨烯气凝胶智能相变纤维，其包括石墨烯气凝胶纤维、相变材料和疏水涂层，所述石墨烯气凝胶纤维具有由石墨烯片层搭接形成的连续的石墨烯三维多孔网络结构，所述相变材料包裹于所述石墨烯片层上并填充嵌入于所述三维多孔网络结构中，所述疏水涂层均匀包覆于所述石墨烯气凝胶纤维表面。

在一些实施例中，所述石墨烯气凝胶纤维具有由孔径在2nm以下的微孔、孔径为2～50nm 的介孔和孔径为50nm～500μm的宏孔组成的石墨烯三维多孔网络结构，所述石墨烯三维多孔网络结构的孔隙率为1～99％。