CN104830278B - 一种改性二氧化硅定型相变储能材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能材料领域，具体涉及一种改性二氧化硅定型相变材料及其制备方法。储能材料为有机相变材料和化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料，按重量百分比计，10‑90wt％有机相变材料，10‑90wt％化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料；其中，化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料结构如通式(Ⅰ)所示，式中，R为与硅原子连接的C_nH_2n直链饱和烷基，其中2≤n≤5,n为整数；Carbon代表碳材料。本发明储能材料具有储能密度大和稳定性高的优点，适用于节能建筑材料、太阳能存储与利用、工业余热回收等领域，具有广阔的应用前景。

Description

一种改性二氧化硅定型相变储能材料及其制备方法

技术领域

本发明属于储能材料领域，具体涉及一种改性二氧化硅定型相变材料及其制备方法。

背景技术

相变储能具有储能密度大的优点，能实现能量在不同时间、空间上的转移转换并加以利用，可解决能量供需双方在时间、空间和强度上不匹配的问题。随着能源危机加剧，欧美日各强国均把发展相变储能材料作为未来发展的重要战略，以节能为目的，开发相变储能材料用于太阳能和风能的利用及废热回收，经过不断的发展，逐渐扩展到建筑、化工、航天、电子等领域。

目前常用的相变储能材料主要包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机物相变储能材料具有腐蚀性，在相变过程中还具有过冷和相分离的缺点，影响了其储能能力。有机物相变储能材料不仅腐蚀性小、在相变过程中几乎没有相分离的缺点，且化学性能稳定、价格便宜。但有机相变储能材料普遍存在导热系数低和可燃性的缺点，致使其在储能***的应用中传热性能差、储能效率低，从而降低了***的性能。目前报道可采用物理吸附法和掺杂法提高材料的导热系数，主要将高导热系的金属及其氧化物、金属翅片结构、膨胀石墨、碳纤维和纳米粒子与相变材料复合，提高材料的导热性能。石墨烯和碳纳米管具有优良的力、电和热学性能和纳米尺度效应，高于常规的良导热材料，是一种理想的相变材料强化导热填料。如[Solar Energy,2010,84:339-344]中，作者将多壁碳纳米管(MWNTs)掺入十六酸(PA)中制备PA/MWNTs复合相变储能材料。当复合材料中MWNTs含量为lwt％时,导热增强提高30％。

然而，很多文献采用掺杂法和物理吸附法制得的高导热性能的复合相变材料，由于添加材料与母体材料之间存在较大的密度差，在相变材料蓄热融化为液相时，毫米级或微米级的固体颗粒极易在混合液中沉淀析出，在反复使用时容易出现相分离或析出等问题，材料耐久性问题不过关，限制了其应用。制备耐久性和相容性好的强化传热复合相变储能材料是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种改性二氧化硅定型相变储能材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料，储能材料为有机相变材料和化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料，按重量百分比计，10-90wt％有机相变材料，10-90wt％化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料；

其中，有机相变材料为相变温度在-10-100℃范围的脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物、饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、脂肪醇、C₆-C₂₀脂肪胺、酯、平均分子量为200-20000的聚乙二醇，平均分子量为200-20000的聚乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合；

化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料结构如通式(Ⅰ)所示：

R为与硅原子连接的C_nH_2n直链饱和烷基，其中2≤n≤5,n为整数；

Carbon代表碳材料。

通式(Ⅰ)中Si-O为网状结构。

所述脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物为正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷，正二十八以及环状烃如环己烷、环辛烷、环葵烷中的一种或几种的混合；

饱和或者不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸为月桂酸、硬脂肪酸、油酸、葵酸或棕棕榈酸；

脂肪醇为辛醇、月桂醇、十四醇、十六醇、十八醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、季戊四醇、越轨醇、硬酯醇、油醇、肉豆寇醇、鲸蜡醇中的一种或几种的混合；C₆-C₂₀脂肪胺为癸胺、十二烷胺、十四烷胺或者十六烷胺；

酯为脂肪酸的C₁-C₁₅烷基酯，具体为硬脂酸甲酯、软脂酸甲酯、油酸甲酯、十四酸甲酯、月桂酸甲酯、乙二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、已二酸二甲酯、邻苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、硬脂酸乙二醇酯、硬脂酸丙三醇酯、软脂酸乙二醇酯、软脂酸丙三醇酯、十四酸乙二醇酯、月桂酸乙二醇酯十四酸丙三醇酯、月桂酸丙三醇酯中的一种或几种的混合。

碳材料为石墨烯或碳纳米管。

碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料的制备方法：

化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料(I)反应如下：

浓硫酸和浓硝酸按体积比为H₂S0₄:HNO₃＝3-2:1的比例混合制成混酸，将碳材料加入混酸溶液中至终浓度为0.05-1.0g/ml,然后在80-160℃，反应10-60min，停止加热，待反应物冷却至室温后,将上述反应所得混合物用去离子水反复清洗过滤，直至洗液呈中性，干燥后得到酸化处理的碳材料,记为(Carbon)-COOH；

将干燥的(Carbon)-COOH与含0.1％-1％(重量百分比)N,N-二甲基甲酰胺的SOCl₂混合,混合液中(Carbon)-COOH的重量百分比浓度为1.0％-20.0％，在50-80℃回流12-24小时,将碳材料表面的COOH基团转化成COCl基团，经离心收集沉淀，沉淀经四氧呋喃反复清洗，然后放置真空烘箱进行干燥，得到改性碳材料记为(Carbon)-COC1(Ⅱ)，改性碳材料(Ⅱ)加入到甲苯中，搅拌分散，滴加改性碳材料重量0.5-2倍的硅烷偶联剂(III)，室温反应10-24小时,然后经滤膜过滤,洗涤真空干燥得到碳材料和硅烷偶联剂的反应产物(IV)；

将上述制备的反应产物(IV)，硅溶胶前驱体(V)和水经超声使体系混合成均一相，调节体系pH至2-3,得到硅溶胶，使温度达到需加入的有机相变材料的熔点以上,加入熔融有机相变材料,充分搅拌混合成均一相，再调节体系pH至7-8.5,形成凝胶，过滤，真空干燥得到碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料(Ⅰ)；其中，反应产物(IV)，硅溶胶前驱体和水按重量百分比计，改性碳材料5-10wt％，硅溶胶前驱体30-60wt％余量为水。

硅溶胶前驱体(V)结构式如下：

R2为甲基或乙基。

所述硅烷偶联剂结构如(Ⅲ)所示，

R为C_nH_2n直链饱和烷基，其中2≤n≤5,n为整数；

R₁为甲基或乙基。

有机相变材料为相变温度在-10-100℃范围的脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物、饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、脂肪醇、C₆-C₂₀脂肪胺、酯、平均分子量为200-20000的聚乙二醇，平均分子量为200-20000的聚乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合；

所述脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物为正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷，正二十八以及环状烃如环己烷、环辛烷、环葵烷中的一种或几种的混合；

饱和或者不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸为月桂酸、硬脂肪酸、油酸、葵酸或棕棕榈酸；

脂肪醇为辛醇、月桂醇、十四醇、十六醇、十八醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、季戊四醇、越轨醇、硬酯醇、油醇、肉豆寇醇、鲸蜡醇中的一种或几种的混合；C₆-C₂₀脂肪胺为癸胺、十二烷胺、十四烷胺或者十六烷胺；

酯为脂肪酸的C₁-C₁₅烷基酯，具体为硬脂酸甲酯、软脂酸甲酯、油酸甲酯、十四酸甲酯、月桂酸甲酯、乙二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、已二酸二甲酯、邻苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、硬脂酸乙二醇酯、硬脂酸丙三醇酯、软脂酸乙二醇酯、软脂酸丙三醇酯、十四酸乙二醇酯、月桂酸乙二醇酯十四酸丙三醇酯、月桂酸丙三醇酯中的一种或几种的混合。

碳材料为石墨烯或碳纳米管。

本发明有益效果是：(1)二氧化硅和碳材料都属于高导热系数特性的材料,使得整个材料的导热系数增强，从材料结构上，碳材料通过化学键与二氧化硅连接作为相变材料的支撑材料，有别于已有文献中采用的物理吸附法和掺杂法，使得碳材料和相变材料的相容性和稳定性提高；(2)碳材料经过化学修饰后加入到相变材料的制备中，在分散过程中具有更好的分散性能，使得材料特性更加均匀；(3)碳材料的引入，使得相变材料在紫外-可见-近红外全波段吸收具有较高的光转换效果，能够实现太阳光全波段快速捕集、光热转换和热能存储,在太阳能综合利用方面有非常好的潜在应用价值。

具体实施方式

本发明材料以碳材料通过化学键连接二氧化硅作为支撑材料，以有机相变储能材料为工作物质，经碳材料与硅烷偶联剂接枝反应，再与硅溶胶前驱体和有机相变材料经溶胶凝胶化得到。所得材料可解决相变材料在反复使用时导热增强材料容易出现相分离或析出的问题。本发明材料还能够作为光热转换相变材料应用，可应用在建筑领域和纺织领域的涂层材料产品。

以下具体实施例用于进一步说明本发明，但本发明绝非仅限于这些实例，根据权利要求所限定的范围可以进行各种变换。实施例中涉及到的原料(除另有说明外)均为市售原料，实施例中材料的相变焓的测定采用示差扫描量热仪，导热系数的测定采用导热系数测试仪，测试方法是本领域的技术人员所熟悉的方法。

实施例1石墨烯改性二氧化硅包覆正十八烷烃相变储能材料及其制备

浓硫酸150mL和浓硝酸50mL，按比例混合制成混酸，将5g石墨烯加入混酸溶液中，然后控制温度在100℃，反应30min，停止加热，待反应物冷却至室温后，将上述反应所得混合物中加入去离子水反复清洗和过滤，直至洗液呈中性，干燥后得到的产物4.9g,将4.9g产物与50mL含0.1gN,N-二甲基甲酰胺的SOCl₂混合，在80℃，回流12小时，经4000rmp离心,收集沉淀，弃去液态物质后，用四氧呋喃反复清洗固态物质以去除副产品，放置在真空烘箱进行干燥12小时后，干燥后加到200mL甲苯中，搅拌分散，滴加10g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，室温反应10小时，然后用孔径0.45μ的聚碳酸酯滤膜过滤，无水乙醇洗涤3次，60℃下真空干燥24小时，得到改性石墨烯8.5g。

改性石墨烯材料加入三口瓶中，继续加入四硅酸乙酯50g，和100g水，用超声使体系混合成均一相，接着加入稀盐酸调节混合体系的pH至2-3，得到硅溶胶，加热硅溶胶，使温度达到70℃，加入熔融正十八烷烃100g，用超声分散作用使相变材料与硅溶胶充分混合成均一相，再用碳酸钠调节体系pH至7-8.5，形成凝胶，60℃真空干燥24小时，得到石墨烯改性二氧化硅包覆正十八烷烃相变储能材料123.5g，材料相变焓值：186KJ/Kg，材料导热系数0.85W/(m.K)。

对实施例1制得的相变材料进行了50次，100次，200次从10℃-100℃和100℃-10℃的冷热循环,将循环后的材料进行相变焓值测试和导热系数测试,材料稳定性测定结果见表1，考虑到仪器的测定误差，本实施例制备的相变材料具很高的稳定性，反复进行200次冷热循环相变焓值和导热系数没有变化。

表1材料稳定性测试

实施例2碳纳米管改性二氧化硅包覆聚乙二醇相变储能材料及其制备

浓硫酸150mL和浓硝酸50mL,按比例混合制成混酸，将5g碳纳米管加入混酸溶液中，然后控制温度在100℃，反应30min，停止加热，待反应物冷却至室温后，将上述反应所得混合物中加入去离子水反复清洗和过滤，直至洗液呈中性，干燥后得到的产物4.9g,与50mL含0.1gN,N-二甲基甲酰胺的SOCl₂混合，在80℃，回流12小时，经4000rmp离心,收集沉淀，弃去液态物质后，，用四氧呋喃反复清洗固态物质以去除副产品，放置在真空烘箱进行干燥12小时后，干燥后加到200mL甲苯中，搅拌分散，滴加10g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应，室温反应10小时，然后用孔径0.45μ的聚碳酸酯滤膜过滤，无水乙醇洗涤3次，60℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管8.6g。

改性碳纳米管加入三口瓶中，继续加入四硅酸乙酯50g，和100g水,用超声使体系混合成均一相，接着加入稀盐酸调节混合体系的pH至2-3,得到透明的硅溶胶，加热硅溶胶，使温度达到80℃，加入熔融100g聚乙二醇6000,用超声分散作用使相变材料与硅溶胶充分混合成均一相，再用碳酸钠调节体系pH至7-8.5,形成凝胶，60℃真空干燥24小时，得到碳纳米管改性二氧化硅包覆聚乙二醇定型相变储能材料124g，材料相变焓值108KJ/Kg，材料导热系数：0.75W/(m.K)。

对实施例2制得的相变材料进行了50次，100次，200次从10℃-10O℃和100℃-10℃的冷热循环,将循环后的材料进行相变焓值测试和导热系数测试,材料稳定性测定结果见表2，考虑到仪器的测定误差,本实施例制备的相变材料具很高的稳定性，反复进行200次冷热循环相变焓值和导热系数没有变化。

表2材料稳定性测定

实施例3碳纳米管改性二氧化硅包覆棕榈酸相变储能材料及其制备

浓硫酸150mL和浓硝酸50mL,按比例混合制成混酸，将5g碳纳米管加入混酸溶液中，然后控制温度在100℃，反应30min，停止加热，待反应物冷却至室温后，将上述反应所得混合物中加入去离子水反复清洗和过滤，直至洗液呈中性，干燥后得到的的产物4.9g,与50mL含0.1gN,N-二甲基甲酰胺的SOCl₂混合，在80℃，回流12小时，经4000rmp离心,收集沉淀，弃去液态物质后，用四氧呋喃反复清洗固态物质以去除副产品，放置在真空烘箱进行干燥12小时后，加到200mL甲苯中，搅拌分散，滴加10g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应，室温反应10小时，然后用孔径0.45μ的聚碳酸酯滤膜过滤，无水乙醇洗涤3次，60℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管8.6g。

改性碳纳米管加入三口瓶中，继续加入四硅酸乙酯50g，和100g水,用超声使体系混合成均一相，接着加入稀盐酸调节混合体系的pH至2-3,得到透明的硅溶胶，加热硅溶胶，使温度达到80℃，加入熔融100g棕榈酸,用超声分散作用使相变材料与硅溶胶充分混合成均一相，再用碳酸钠调节体系pH至7-8.5,形成凝胶，用稀盐酸洗涤三次，60℃真空干燥24小时，得到碳纳米管改性二氧化硅包覆棕榈酸定型相变储能材料123.5g，材料相变焓值127KJ/Kg，材料导热系数：0.71W/(m.K)。

对实施例3制得的相变材料进行了50次，100次，200次从10℃-10O℃和100℃-10℃的冷热循环,将循环后的材料进行相变焓值测试和导热系数测试,材料稳定性测定结果见表3，考虑到仪器的测定误差,本实施例制备的相变材料具很高的稳定性，反复进行200次冷热循环相变焓值和导热系数没有变化。

表3材料稳定性测定

实施例4石墨烯改性二氧化硅包覆硬脂酸定型相变储能材料的制备

以100g硬脂酸代替100g正十八烷烃，其它步骤如实施例1。得到石墨烯改性二氧化硅包覆硬脂酸定型相变储能材料122.5g，相变焓值120.0KJ/Kg，材料导热系数0.74W/(m.K)。

实施例5石墨烯改性二氧化硅包覆正十八烷烃相变储能材料的制备

以10g4-氨基丁基三乙氧基硅烷代替3-氨基丙基三乙氧基硅烷，其它步骤如实施例1。得到石墨烯改性二氧化硅包覆正十八烷烃相变储能材料124.5g，相变焓值183KJ/Kg，材料导热系数0.84W/(m.K)。

实施例6石墨烯改性二氧化硅包覆正十八烷烃相变储能材料的制备

以50g四硅酸甲酯代替50g四硅酸乙酯，其它步骤如实施例1。得到石墨烯改性二氧化硅包覆正十八烷烃相变储能材料123.5g，相变焓值186KJ/Kg，材料导热系数0.82W/(m.K)。

实施例7石墨烯改性二氧化硅包覆正二十烷烃相变储能材料的制备

以100g正二十烷烃代替100g正十八烷烃，其它步骤如实施例1。得到石墨烯改性二氧化硅包覆正二十烷烃相变储能材料123.5g，相变焓值186KJ/Kg，材料导热系数0.85W/(m.K)。

实施例8石墨烯改性二氧化硅包覆正二十八烷烃相变储能材料的制备

以100g正二十八烷烃代替100g正十八烷烃，其它步骤如实施例1。得到石墨烯改性二氧化硅包覆正十八烷烃相变储能材料120.5g，相变焓值187KJ/Kg，材料导热系数0.80W/(m.K)。

实施例9石墨烯改性二氧化硅包覆硬脂酸相变储能材料的制备

以100g硬脂酸代替100g棕榈酸，其它步骤如实施例3。得到碳纳米管改性二氧化硅包覆硬脂酸定型相变储能材料121.5g，相变焓值125.0KJ/Kg，材料导热系数0.78W/(m.K)。

Claims (4)

1.一种碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料，其特征在于：储能材料为有机相变材料和化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料，按重量百分比计，10-90wt％有机相变材料，10-90wt％化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料；

其中，有机相变材料为相变温度在-10-100℃范围的脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物、饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、脂肪醇、C₆-C₂₀脂肪胺、酯、平均分子量为200-20000的聚乙二醇，平均分子量为200-20000的聚乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合；

碳材料为石墨烯或碳纳米管；

化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料结构如通式(Ⅰ)所示：

R为与硅原子连接的C_nH_2n直链饱和烷基，其中2≤n≤5，n为整数；

Carbon代表碳材料；

反应如下：

浓硫酸和浓硝酸按体积比为H₂SO₄:HNO₃＝3-2:1的比例混合制成混酸，将碳材料加入混酸溶液中至终浓度为0.05-1.0g/ml，然后在80-160℃，反应10-60min，停止加热，待反应物冷却至室温后，将上述反应所得混合物用去离子水反复清洗过滤，直至洗液呈中性，干燥后得到酸化处理的碳材料，记为(Carbon)-COOH；

将干燥的(Carbon)-COOH与含0.1％-1％重量的N,N-二甲基甲酰胺的SOCl₂混合，混合液中(Carbon)-COOH的重量百分比浓度为1.0％-20.0％，在50-80℃回流12-24小时，离心收集沉淀，沉淀经四氧呋喃反复清洗，然后放置真空烘箱进行干燥，得到改性碳材料记为(Carbon)-COC1(Ⅱ)，改性碳材料(Ⅱ)加入到甲苯中，搅拌分散，滴加改性碳材料重量0.5-2倍的硅烷偶联剂(III)，室温反应10-24小时，然后经滤膜过滤，洗涤真空干燥得到碳材料和硅烷偶联剂的反应产物(IV)；

将上述制备的反应产物(IV)，硅溶胶前驱体(V)和水经超声使体系混合成均一相，调节体系pH至2-3，得到硅溶胶，使温度达到需加入的有机相变材料的熔点以上，加入熔融有机相变材料，充分搅拌混合成均一相，再调节体系pH至7-8.5,形成凝胶，过滤，真空干燥得到碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料；其中，反应产物(IV)，硅溶胶前驱体和水按重量百分比计，改性碳材料5-10wt％，硅溶胶前驱体30-60wt％，余量为水；

硅溶胶前驱体(V)结构式如下：

R₂为甲基或乙基；

硅烷偶联剂结构如(Ⅲ)所示，

R为C_nH_2n直链饱和烷基，其中2≤n≤5，n为整数；

R₁为甲基或乙基。

2.按权利要求1所述的碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料，其特征在于：所述脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物为正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷、正二十八、环己烷、环辛烷、环葵烷中的一种或几种的混合；

饱和或者不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸为月桂酸、硬脂肪酸、油酸、葵酸或棕榈酸；

脂肪醇为辛醇、月桂醇、十四醇、十六醇、十八醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、季戊四醇、越轨醇、硬酯醇、油醇、肉豆寇醇、鲸蜡醇中的一种或几种的混合；C₆-C₂₀脂肪胺为癸胺、十二烷胺、十四烷胺或者十六烷胺；

酯为脂肪酸的C₁-C₁₅烷基酯；

3.按照权利要求1所述的碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料的制备方法，其特征在于：

化学键连接的碳材料改性二氧化硅支撑材料(I)反应如下：

浓硫酸和浓硝酸按体积比为H₂SO₄:HNO₃＝3-2:1的比例混合制成混酸，将碳材料加入混酸溶液中至终浓度为0.05-1.0g/ml，然后在80-160℃，反应10-60min，停止加热，待反应物冷却至室温后，将上述反应所得混合物用去离子水反复清洗过滤，直至洗液呈中性，干燥后得到酸化处理的碳材料，记为(Carbon)-COOH；

将干燥的(Carbon)-COOH与含0.1％-1％重量的N,N-二甲基甲酰胺的SOCl₂混合，混合液中(Carbon)-COOH的重量百分比浓度为1.0％-20.0％，在50-80℃回流12-24小时，离心收集沉淀，沉淀经四氧呋喃反复清洗，然后放置真空烘箱进行干燥，得到改性碳材料记为(Carbon)-COC1(Ⅱ)，改性碳材料(Ⅱ)加入到甲苯中，搅拌分散，滴加改性碳材料重量0.5-2倍的硅烷偶联剂(III)，室温反应10-24小时，然后经滤膜过滤，洗涤真空干燥得到碳材料和硅烷偶联剂的反应产物(IV)；

将上述制备的反应产物(IV)，硅溶胶前驱体(V)和水经超声使体系混合成均一相，调节体系pH至2-3，得到硅溶胶，使温度达到需加入的有机相变材料的熔点以上，加入熔融有机相变材料，充分搅拌混合成均一相，再调节体系pH至7-8.5,形成凝胶，过滤，真空干燥得到碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料；其中，反应产物(IV)，硅溶胶前驱体和水按重量百分比计，改性碳材料5-10wt％，硅溶胶前驱体30-60wt％，余量为水；

碳材料为石墨烯或碳纳米管；

硅溶胶前驱体(V)结构式如下：

R₂为甲基或乙基；

硅烷偶联剂结构如(Ⅲ)所示，

R为C_nH_2n直链饱和烷基，其中2≤n≤5，n为整数；

R₁为甲基或乙基；

有机相变材料为相变温度在-10-100℃范围的脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物、饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸、脂肪醇、C₆-C₂₀脂肪胺、酯、平均分子量为200-20000的聚乙二醇，平均分子量为200-20000的聚乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合。

4.按权利要求3所述的碳材料改性二氧化硅定型相变储能材料的制备方法，其特征在于：

所述脂肪族C₁₀-C₃₀烃类化合物为正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷、正二十八、环己烷、环辛烷、环葵烷中的一种或几种的混合；

饱和或者不饱和的C₆-C₂₅脂肪酸为月桂酸、硬脂肪酸、油酸、葵酸或棕棕榈酸；

脂肪醇为辛醇、月桂醇、十四醇、十六醇、十八醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、季戊四醇、越轨醇、硬酯醇、油醇、肉豆寇醇、鲸蜡醇中的一种或几种的混合；C₆-C₂₀脂肪胺为癸胺、十二烷胺、十四烷胺或者十六烷胺；

酯为脂肪酸的C₁-C₁₅烷基酯。