CN110452667A - 石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料 - Google Patents

石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料 Download PDF

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CN110452667A CN201910798282.7A CN201910798282A CN110452667A CN 110452667 A CN110452667 A CN 110452667A CN 201910798282 A CN201910798282 A CN 201910798282A CN 110452667 A CN110452667 A CN 110452667A
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杨亮
许天鹏
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Abstract

本申请实施例提供了一种石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料，解决了传统相变材料的导热性能低下以及封闭困难的问题。该石墨烯增强相变材料制备方法包括：制备石墨烯分散液，其中，所述石墨烯分散液浓度为1mg/mL‑20mg/mL；使用胺类固化剂还原所述石墨烯分散液以得到石墨烯水凝胶，其中所述胺类固化剂的浓度为0.1mmol‑0.5mmol；对所述石墨烯水凝胶进行溶剂置换过程和常压干燥过程以得到石墨烯气凝胶；以及将有机相变材料填充到所述石墨烯气凝胶内部以得到所述石墨烯增强相变材料，其中，所述相变材料与所述石墨烯气凝胶的质量比为10‑30：1。

Description

石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料
技术领域
本申请涉及复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料。
背景技术
以风能、太阳能为代表的可再生能源具有间歇性、波动性和随机性的特征，一直困扰着可再生能源的发展，找到理想的储能解决方案显得十分重要。热能存储，作为一种清洁高效的储能方式为解决可再生能源利用中遇到的难点提供了很好的思路。相变储能材料利用潜热存储热量，具有储能密度大，相变过程温度几乎恒定等特点，广泛应用于航天、建筑、制冷设备等领域的热能存储***中。但传统的相变材料导热性能低下，影响了相变材料在储/放热过程中的传热效率。此外，传统的有机相变材料由于具备一定流动性，还存在着封闭难题，难以广泛应用到各个应用场景中。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料，解决了传统相变材料的导热性能低下以及封闭困难的问题。
根据本申请的一个方面，本申请一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法包括：制备石墨烯分散液，其中，所述石墨烯分散液浓度为1mg/mL-20mg/mL；使用胺类固化剂还原所述石墨烯分散液以得到石墨烯水凝胶，其中所述胺类固化剂的浓度为0.1mmol-0.5mmol；对所述石墨烯水凝胶进行溶剂置换过程和常压干燥过程以得到石墨烯气凝胶；以及将有机相变材料填充到所述石墨烯气凝胶内部以得到所述石墨烯增强相变材料，其中，所述相变材料与所述石墨烯气凝胶的质量比为10-30：1。
在本申请一实施例中，所述制备石墨烯气凝胶分散液包括：将原料石墨加入到混合酸液中以形成第一混合液，搅拌大于30分钟；在所述第一混合液中加入KMnO4，搅拌大于30分钟，其中，所述KMnO4的重量与所述原料石墨重量的比例为2-5：1；将带有所述KMnO4的所述第一混合液升温至40℃-60℃，搅拌大于12小时；将所述第一混合液冷却至室温后，将所述第一混合液导入冰水，并滴加双氧水。
在本申请一实施例中，所述原料石墨选择以下材料中的一种或多种：膨胀石墨、鳞片石墨、高温裂解石墨、石墨烯粉体和碳纳米管。
在本申请一实施例中，所述混合酸液为浓硫酸和浓磷酸的混合液，所述浓硫酸和浓磷酸的比例为5-20：1；其中，所述第混合酸液的重量与所述原料石墨的重量的比例为10-500:1。
在本申请一实施例中，所述冰水的体积是所述第一混合液体积的3-5倍，所述双氧水的体积和所述冰水体积比为1：150-200。
在本申请一实施例中，所述使用胺类固化剂还原所述石墨烯分散液包括：将所述石墨烯分散液与所述无水乙二胺混合以进行所述还原反应，并通过超声过程进行均匀化处理，其中，所述还原反应的温度区间为120℃-160℃，所述还原反应的时间为3小时-6小时；将经过所述还原反应的凝胶置于零下18℃一下冷冻至固态；以及将固态的所述凝胶解冻以获得所述石墨烯水凝胶。
在本申请一实施例中，所述溶剂置换过程包括：将所述石墨烯水凝胶在去离子水中冲洗，并以乙醇和去离子水的混合溶液进行透析3小时-6小时，其中，乙醇和去离子水的体积比例为1：50-150。
在本申请一实施例中，所述常压干燥过程包括：将经过所述容积置换过程的所述石墨烯水凝胶在60℃以上的环境中进行干燥处理。
在本申请一实施例中，所述将有机相变材料填充到所述石墨烯气凝胶内部以得到所述石墨烯增强相变材料包括：将所述石墨烯气凝胶与有机相变材料混合已得到第二混合液；将所述第二混合液置于真空环境中加热，其中所述真空环境的真空度大于20kpa，所述加热过程的温度高于所述有机相变材料熔点3℃-5℃，所述加热过程的时间为12小时-24小时。
在本申请一实施例中，所述有机相变材料包括以下几种材料中的一种或多种组合：石蜡、癸醇、十四醇和十六醇。
根据本申请的另一个方面，本申请一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料，采用如前任一所述的方法制备而成。
本申请实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料，以石墨烯气凝胶为起到对相变材料起到支撑作用的基体材料，并将相变材料填充到石墨烯气凝胶内部以起到储能/放热作用，不仅提高了材料的整体力学性能，经实验证明，还可相比单纯的相变材料提高10％-35％的热导率。同时，采用本申请实施例所制备的石墨烯气凝胶作为基体材料还可利用内部的微结构孔道有效限制相变材料的流动性，这不仅有助于提高相变材料的热稳定性，还解决了相变材料的封闭难题。经实验证明，采用本申请实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法制备的石墨烯增强相变材料，在温度高于相变温度0℃-10℃内没有明显液体渗漏，说明该方法对于相变材料的热导率提高有明显提高，对于相变材料的封装也有明显效果。
附图说明
图1所示为本申请一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法的流程示意图。
图2所示为本申请一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法中制备石墨烯分散液的流程示意图。
图3所示为本申请一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法中使用胺类固化剂还原石墨烯分散液的流程示意图。
图4所示为本申请一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法中将相变材料填充到石墨烯气凝胶内部以得到石墨烯增强相变材料的流程示意图。
图5所示为本申请另一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法的流程示意图。
图6所示为本申请一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。
图7所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。
图8所示本申请一实施例提供的一种恒温复合结构中热量提供层和均匀加热层的结构示意图。
图9所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。
图10所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。
图11所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
在本说明书一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书一个或多个实施例。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
申请概述
如上所述，现有的相变材料的导热性能低下，影响了相变材料在储/放热过程中的传热效率。此外，传统的有机相变材料由于具备一定流动性，还存在着封闭难题，难以实际应用到具体应用场景。
针对上述的技术问题，本申请的基本构思是提出以石墨烯气凝胶作为起到支撑作用的基体材料，并将相变材料填充到石墨烯气凝胶内部以起到储能/放热作用，由此形成一种新型的石墨烯增强相变材料。石墨烯作为一种新型碳纳米材料，它具有独特的二维晶体结构和极高的电荷迁移速率，同时石墨烯还具有比表面积大、化学性质稳定、高导热性和高机械强度等优点。石墨烯气凝胶是通过氧化石墨烯片层相互连接和重组构筑出来的具有三维结构的新材料，其具有丰富的空隙和开放的孔道结构。将石墨烯气凝胶和相变材料结合，可以利用石墨烯气凝胶充分的吸附相变材料，利用石墨烯高导热性提高相变材料的热导率，通过石墨烯的微结构孔道限制相变材料的流动性，提高相变材料的热稳定性，可有效解决有机相变材料的封闭难题。
需要说明的是，本申请所提供的石墨烯增强相变材料制备方法所制备出的石墨烯增强相变材料可以应用于任何储能/放热场景下。例如，在生活场景下，为了实现一种恒温床垫，就可利用该石墨烯增强相变材料制备方法所制备出的石墨烯增强相变材料来实现储能/放热，并仍以碳纤维发热丝的方式作为热量提供层为该石墨烯增强相变材料提供热源。本申请对该石墨烯增强相变材料制备方法所制备出的石墨烯增强相变材料的具体应用场景不做限定。
在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
示例性实施例
图1所示为本申请一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料的制备方法的流程示意图。如图1所示，该石墨烯增强相变材料的制备方法包括如下步骤：
步骤101：制备石墨烯分散液，其中，石墨烯分散液浓度为1mg/mL-20mg/mL。在本申请一实施例中，用于制备石墨烯增强相变材料的石墨烯分散液浓度可为2mg/mL、4mg/mL、6mg/mL、8mg/mL、10mg/mL、12mg/mL、14mg/mL、16mg/mL或18mg/mL。
在本申请一实施例中，如图2所示，制备石墨烯分散液的过程可包括如下步骤：
步骤1011：将原料石墨加入到混合酸液中以形成第一混合液，搅拌大于30分钟。
原料石墨可选择以下材料中的一种或多种：膨胀石墨、鳞片石墨、高温裂解石墨、石墨烯粉体和碳纳米管。混合酸液可为浓硫酸和浓磷酸的混合液，浓硫酸和浓磷酸的比例为5-20：1(例如，可为8:1、10:1、12:1、14:1、15:1、16:1或18:1)；其中，第混合酸液的重量与原料石墨的重量的比例为10-500:1(例如可为50:1、100:1、200:1、300:1或400:1)。然而应当理解，原来石墨和混合酸液的具体选择可根据实际的场景需求和条件而调整，本申请对此并不做严格限定。
步骤1012：在第一混合液中加入KMnO4，搅拌大于30分钟，其中，KMnO4的重量与原料石墨重量的比例为2-5：1(例如可为3:1、3.5:1或4:1)。
步骤1013：将带有KMnO4的第一混合液升温至40℃-60℃，搅拌大于12小时。通过延长在40℃-60℃的反应时间，可提高石墨层片的氧化程度。
步骤1014：将第一混合液冷却至室温后，将第一混合液导入冰水，并滴加双氧水。冰水的体积可为第一混合液体积的3-5倍，双氧水的体积和冰水体积比为1：150-200(例如可为1:160、1:170、1:180或1:190)。
步骤102：使用胺类固化剂还原石墨烯分散液以得到石墨烯水凝胶，其中胺类固化剂的浓度为0.1mmol-0.5mmol(例如可为0.175mmol、0.25mmol、0.325mmol、0.4mmol或0.475mmol)。
在本申请一实施例中，如图3所示，使用胺类固化剂还原石墨烯分散液的过程可包括如下步骤：
步骤1021：将石墨烯分散液与无水乙二胺混合以进行还原反应，并通过超声过程进行均匀化处理，其中，还原反应的温度区间为120℃-160℃，还原反应的时间为3小时-6小时。
步骤1022：将经过还原反应的凝胶置于零下18℃一下冷冻至固态。
步骤1023：将固态的凝胶解冻以获得石墨烯水凝胶。
步骤103：对石墨烯水凝胶进行溶剂置换过程和常压干燥过程以得到石墨烯气凝胶。
具体而言，溶剂置换过程可包括：将石墨烯水凝胶在去离子水中冲洗，并以乙醇和去离子水的混合溶液进行透析3小时-6小时，其中，乙醇和去离子水的体积比例为1：50-150(例如可为1:75、1:100或1:125)。常压干燥过程可包括：将经过容积置换过程的石墨烯水凝胶在60℃以上的环境中进行干燥处理。
步骤104：将有机相变材料填充到石墨烯气凝胶内部以得到石墨烯增强相变材料，其中，相变材料与石墨烯气凝胶的质量比为10-30：1(例如可为12:1、14:1、16:1、18:1、20:1、22:1、24:1、26:1或28:1)。
在本申请一实施例中，如图4所示，将有机相变材料填充到石墨烯气凝胶内部以得到石墨烯增强相变材料的具体过程可包括如下步骤：
步骤1041：将石墨烯气凝胶与有机相变材料混合已得到第二混合液。
在本申请一实施例中，有机相变材料包括以下几种材料中的一种或多种组合：石蜡、癸醇、十四醇和十六醇。然而应当理解，有机相变材料的具体选择可根据实际的场景需求和条件而调整，本申请对此并不做严格限定。
步骤1042：将第二混合液置于真空环境中加热，其中真空环境的真空度大于20kpa(例如可为30kpa)，加热过程的温度高于有机相变材料熔点3℃-5℃，加热过程的时间为12小时-24小时。
本申请一实施例还提供一种石墨烯增强相变材料，采用如前任一实施例所述的石墨烯增强相变材料制备方法制备而成。
本申请实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法和石墨烯增强相变材料，以石墨烯气凝胶为起到对相变材料起到支撑作用的基体材料，并将相变材料填充到石墨烯气凝胶内部以起到储能/放热作用，不仅提高了材料的整体力学性能，经实验证明，还可相比单纯的相变材料提高10％-35％的热导率。同时，采用本申请实施例所制备的石墨烯气凝胶作为基体材料还可利用内部的微结构孔道有效限制相变材料的流动性，这不仅有助于提高相变材料的热稳定性，还解决了相变材料的封闭难题。经实验证明，采用本申请实施例提供的一种石墨烯增强相变材料制备方法制备的石墨烯增强相变材料，在温度高于相变温度0℃-10℃内没有明显液体渗漏，说明该方法对于相变材料的热导率提高有明显提高，对于相变材料的封装也有明显效果。
图5所示为本申请另一实施例提供的一种石墨烯增强相变材料的制备方法的流程示意图。
步骤501：称取原料鳞片石墨加入到浓硫酸和浓磷酸的混合液中(体积比为10：1)，磁力搅拌30min，混合酸液的重量和原料石墨重量比例为100倍，浓硫酸和浓磷酸的比例为15：1。
步骤502：缓慢加入KMnO4，(KMnO4的重量比是原料鳞片石墨重量的3倍)，继续搅拌30min。
步骤503：升温至40℃-60℃，搅拌12小时。
步骤504：冷却至室温后，将上述混合液导入到冰水中(冰水体积是混合液体积的3倍)，并滴加一定量双氧水(双氧水体积为冰水体积的1/150)，其中冰水体积是混合液体积的3-5倍。自此完成石墨烯气凝胶分散液制备，浓度为10mg/ml。
步骤505：将浓度为10mg/mL的石墨烯分散液和0.25mmol无水乙二胺进行混合，并通道超声得到均匀体系，在120℃-150℃度下还原3-6小时。
步骤506：将步骤505得到的凝胶置于零下18度以下温度环境中冷冻至完全固体，取出后解冻。
步骤507：以去离子水反复冲洗，并以乙醇和去离子水的混合溶液进行透析3-6小时，乙醇和去离子水的比例为1：100，并在60℃以上环境中完全干燥。至此得到石墨烯气凝胶，孔径分布在40um-120um之间。
步骤508：选取十六醇为有机相变材料，将上述步骤中得到的石墨烯气凝胶与十六醇混合，十六醇与石墨烯气凝胶的质量比为12：1；将上述混合液置于真空箱中，真空度为30kpa，温度设置为50℃；经过12-24小时后，去除多余有机相变材料，即得到石墨烯增强相变材料。
通过热导仪对上述步骤制备出的石墨烯增强相变材料的热导率进行表征，测得的热导率为0.33W/(M.K)，相比之下十六醇的热导率为0.25W/(M.K)，由此可见通过本申请实施例所提供的石墨烯增强相变材料的热导率提高了32％。石墨烯增强相变材料对于相变材料的封闭性能通过将复合材料放置在50℃恒温平台上放置30min进行测试，测试结果显示，材料表面没有明显渗漏，说明本申请实施例所提供的石墨烯增强相变材料对于相变材料有很好的封闭性。
在本申请一实施例中，上述石墨烯增强相变材料制备方法所制备出的石墨烯增强相变材料可作为相变复合材料层100的整体或一部分，被应用在一种恒温复合结构中。
具体而言，图6所示为本申请一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。如图6所示，该恒温复合结构包括：相变复合材料层100、热量提供层200以及热量反射层300。具体而言，相变复合材料层100构造为从热量提供层200吸收热量发生相变以储存热量，并通过逆相变过程释放热量以维持恒温。热量提供层200设置在相变复合材料层100一侧，构造为向相变复合材料层100提供热量。热量反射层300设置在热量提供层200远离相变复合材料层100的一侧，构造为反射热量提供层200以及热量提供层200释放的热量。
相变复合材料层100可包括支撑材料和填充于支撑材料中的相变材料。相变材料具有吸收热量发生相变以储存热量，并通过逆相变过程释放热量以维持恒温。由于相变的过程中相变材料可能会变为液态，支撑材料可包裹住液态的相变材料而不会随意流动，同时保持固体的外观表象，以满足具体应用场景的外观或力学性能要求。应当理解，相变复合材料层100的具体材质选择和内部结构可根据具体的应用场景需求而调整，例如，相变复合材料层100的材质可包括以下几种相变复合材料中的一种或多种的组合：以石墨烯气凝胶为支撑材料，以有机相变材料为填充材料的相变复合材料；以泡沫金属为支撑材料，以有机相变材料为填充材料的相变复合材料；以及以高分子聚合物为支撑材料，以有机相变材料为填充材料的相变复合材料。本申请对相变复合材料的具体材质和内部结构并不做严格限定。
在本申请一实施例中，当该恒温复合结构所适用的产品需要与人体接触时，可通过调整该恒温复合结构中相变复合材料层100的材质和内部结构来满足与人体接触的要求。例如对于贴身衣物或床垫等生活场景用到的产品，通过调整相变复合材料层100的材质和内部结构以使得相变复合材料层100的相变温度为25℃至45℃，维持恒温时间小于等于8小时。具体而言，可根据实际的应用场景将相变复合材料层100的相变温度调整为31℃、33℃、35℃、37℃或39℃，将维持恒温时间调整为2小时、4小时或6小时。
还应当理解，热量提供层200的具体实现方式也可根据该恒温复合结构的具体应用场景的要求和条件而调整。在本申请一实施例中，热量提供层200可采用碳纤维发热丝交织成的网格结构。碳纤维发热丝采用远红外辐射发热，具有加热安全，电热转化率高的优点；同时，采用交织成的网格结构也可满足该恒温符合结构对于透气性和防断裂等力学性能的要求。在本申请的其他实施例中，为了满足更好的力学性能要求，热量提供层200也可采用其他加热方式，例如采用金属材质加热体。本申请对热量提供层200所采用的具体加热方式也不做严格限定。
还应当理解，热量反射层300的具体实现方式也可根据该恒温复合结构的具体应用场景的要求和条件，以及热量提供层200和相变复合材料层100的材质而调整。在本申请一实施例中，热量反射层300可包括红外反射层。例如，该红外反射层的材质可采用金属铝膜、金属锆膜、金属钛膜、金属银膜、不锈钢膜中的一种或多种的组合。本申请对该热量反射层300的具体材质同样不做严格限定。
图7所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。相比于图6所示的恒温复合结构，图7所示的恒温复合结构可进一步包括：均匀加热层400，设置在热量提供层200和相变复合材料层100之间，构造为将热量提供层200产生的热量均匀地传递给相变复合材料层100，从而提高相变复合材料层100对于热量提供层200提供热量的吸收效率。
应当理解，均匀加热层400的材质可根据热量提供层200的加热方式调整，只要能起到将热量提供层200产生的热量均匀传递给相变复合材料层100即可。例如，当热量提供层200采用碳纤维发热体201进行加热时，均匀加热层400也可采用碳纤维实现，以起到均匀传热和阻断辐射的作用。本申请对均匀加热层400的具体材质和内部结构不做限定。
在本申请一实施例中，如图8所示，热量提供层200可包括阵列排布的多个发热体201，均匀加热层400包括阵列排布的多个导热体401。多个导热体401设置在多个发热体201的间隙上方。由于热量提供层200和均匀加热层400都并非是整面平铺的层，多个阵列排布的多个发热体201之间有间隙，且多个导热体401之间也有间隙，从而可有助于保证恒温复合结构的透气性，以满足一些生活场景产品的需求(例如贴身衣物或床上用品)。但由于多个发热体201之间存在间隙，间隙的位置的传热效率可能会得不到保证，因此将多个导热体401设置在多个发热体201的间隙上方，可有效提高发热体201之间间隙位置处的传热效率。由此可见，通过图8所示的热量提供层200和均匀加热层400的叠加结构，可实现透气性和传热性的平衡，从而提高该恒温复合结构对于生活场景产品的适用性，提高用户体验。
图9所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。相比于图7所示的恒温复合结构，图9所示的恒温复合结构可进一步包括：隔热保温层500，设置在热量反射层300远离热量提供层200的一侧，构造为阻隔热量散失。
应当理解，隔热保温层500的具体材质和内部结构也可根据该恒温复合结构的具体应用场景的要求和条件，以及热量提供层200和相变复合材料层100的材质而调整。在本申请一实施例中，隔热保温层500的材质可采用以下保温材质中的一种或多种组合：氮化硼纤维毡、氧化锆纤维毡、多晶莫来石纤维毡、氧化铝纤维毡、碳纤维毡。在一个优选实施例中，考虑到该恒温复合结构的应用场景可能需要与人体接触，为了避免该恒温复合结构所适用的产品因故障而产生高温自燃，该隔热保温层500可采用气凝胶绝热毡。气凝胶绝热毡不仅具有优良的隔热性能，可有效避免热量散失，还为高阻燃材料，可有效提高该恒温复合结构的阻燃安全性能。
在本申请一实施例中，隔热保温层500可包括以下绝热层中的一种或多种组合：气凝胶绝热毡，厚度为2mm-20mm；聚氨酯泡沫垫，厚度为10mm-50mm；聚苯乙烯泡沫垫，厚度为10mm-50mm；以及石棉垫，厚度为10mm-50mm；以及毛毡，厚度为10mm-50mm。
图10所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。相比于图9所示的恒温复合结构，图10所示的恒温复合结构可进一步包括：包覆恒温复合结构的顶面和底面的精纺面料层700。精纺面料层700可提高恒温复合结构与人体接触触感，同时保证透气性、封装性和一定的力学性能要求。应当理解精纺面料层700的材质和内部结构也可根据具体的应用场景而调整，在本申请一实施例中精纺面料层700可采用水晶超绒实现，然而本申请对精纺面料层700的具体材质和内部结构不做限定。
图11所示为本申请另一实施例提供的一种恒温复合结构的结构示意图。相比于图9所示的恒温复合结构，为了进一步提高热量传递的均一性，图11所示的恒温复合结构可进一步包括：设置在相变复合材料层100和精纺面料层700之间的导热固定层600。在本申请一实施例中，该导热固定层600可为以下材料中的一种或多种组合：碳纤维毡，玻璃纤维毡和硅酸铝纤维毡。
在本申请一实施例中，为了满足具体应用场景的具体需求，相变复合材料层100可包括叠加的多层相变层，其中，该多层相变层采用以下相变复合材料中的多种的组合以实现综合性能上提升：以石墨烯气凝胶为支撑材料，以有机相变材料为填充材料的相变复合材料；以泡沫金属为支撑材料，以有机相变材料为填充材料的相变复合材料；以高分子聚合物为支撑材料，以有机相变材料为填充材料的相变复合材料；以及以高分子塑料袋为容器，内部填充相变材料的相变复合材料，其中所述相变材料包括固液相变材料或固固相变材料。
在本申请一实施例中，前述的固液相变材料可由固体石蜡、液体石蜡及导热填料组成。固体石蜡的熔点在48℃-65℃范围内，液体石蜡熔点在3℃-8℃内，固体石蜡与液体石蜡的质量比为100：5-30，导热填料可为石墨烯、膨胀石墨、纤维状碳粉、鳞片状碳粉、纳米氧化铝或碳化硅等。导热填料的质量与总质量的质量比为1-15：100。该固液相变材料的制备方法可为：将各种原料按照质量比加入到加热容器，加热到70℃，直至固态石蜡全部融化后进行混合搅拌，搅拌均匀后即可完成该固液相变材料的制备。
固固相变材料可由聚乙烯或聚丙烯、以及上述固液相变材料。聚乙烯或聚丙烯与固液相变材料的质量比为20-50：100，导热填料可为石墨烯、膨胀石墨、纤维状碳粉、鳞片状碳粉、纳米氧化铝或碳化硅等，导热填料的质量与总质量的质量比为1-15：100。该固固相变材料的制备方法可为：将各种原料按照质量比加入到加热容器，加热到所选聚乙烯或聚丙烯熔点，直至固态料全部融化后进行混合搅拌，搅拌均匀后即可加入到固定模具成型，即完成固定形状的固固相变材料的制备，也可将上述工艺转移至双螺杆挤出机完成。
在本申请另一实施例中，为了满足具体应用场景的具体需求，相变复合材料层100可包括：第一相变区域和与第一相变区域相邻的第二相变区域；其中第一相变区域所采用的相变复合材料的热导系数低于第二相变区域所采用的相变复合材料的热导系数。这样第一相变区域的传热效率会低于第二相变区域，以满足具体应用场景的多样化需求。例如，当该相变复合材料层100适用于一种床上用品时，考虑到人体四肢区域的温度一般是要低于胸部、腹部和头部的，因此可将相变复合材料层100与人体胸部、腹部和头部对应的区域确定为第一相变区域，而把与四肢对应的区域确定为第二相变区域，由于第一相变区域所采用的相变复合材料的热导系数低于第二相变区域所采用的相变复合材料的热导系数，这样可使得用户在使用时能够全身维持在均一的温度，避免出现手凉脚凉的情况，进一步提高产品的用户体验。
本申请一实施例还提供一种恒温床垫，采用如前任一实施例所述的恒温复合结构。本申请实施例提供的恒温床垫，通过相变复合材料层100实现热量的储存和释放以维持恒温，避免了现有恒温装置需要依赖电能不间断供热而导致安全隐患的问题。同时，由于采用相变复合材料层100、热量提供层200和热量反射层300的层叠结构，结构简洁且并不需要液体循环等散热装置，便于生产和使用。此外，通过设置热量反射层300，可将相变复合材料层100和热量提供层200产生的热量反射至恒温复合结构的一侧，从而可有效提高该恒温复合结构的热量利用效率。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯增强相变材料的制备方法，其特征在于，包括：
制备石墨烯分散液，其中，所述石墨烯分散液浓度为1mg/mL-20mg/mL；
使用胺类固化剂还原所述石墨烯分散液以得到石墨烯水凝胶，其中所述胺类固化剂的浓度为0.1mmol-0.5mmol；
对所述石墨烯水凝胶进行溶剂置换过程和常压干燥过程以得到石墨烯气凝胶；以及
将有机相变材料填充到所述石墨烯气凝胶内部以得到所述石墨烯增强相变材料，其中，所述相变材料与所述石墨烯气凝胶的质量比为10-30：1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备石墨烯气凝胶分散液包括：
将原料石墨加入到混合酸液中以形成第一混合液，搅拌大于30分钟；
在所述第一混合液中加入KMnO4，搅拌大于30分钟，其中，所述KMnO4的重量与所述原料石墨重量的比例为2-5：1；
将带有所述KMnO4的所述第一混合液升温至40℃-60℃，搅拌大于12小时；
将所述第一混合液冷却至室温后，将所述第一混合液导入冰水，并滴加双氧水。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原料石墨选择以下材料中的一种或多种：膨胀石墨、鳞片石墨、高温裂解石墨、石墨烯粉体和碳纳米管。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合酸液为浓硫酸和浓磷酸的混合液，所述浓硫酸和浓磷酸的比例为5-20：1；其中，所述第混合酸液的重量与所述原料石墨的重量的比例为10-500:1。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冰水的体积是所述第一混合液体积的3-5倍，所述双氧水的体积和所述冰水体积比为1：150-200。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用胺类固化剂还原所述石墨烯分散液包括：
将所述石墨烯分散液与所述无水乙二胺混合以进行所述还原反应，并通过超声过程进行均匀化处理，其中，所述还原反应的温度区间为120℃-160℃，所述还原反应的时间为3小时-6小时；
将经过所述还原反应的凝胶置于零下18℃一下冷冻至固态；以及
将固态的所述凝胶解冻以获得所述石墨烯水凝胶。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂置换过程包括：
将所述石墨烯水凝胶在去离子水中冲洗，并以乙醇和去离子水的混合溶液进行透析3小时-6小时，其中，乙醇和去离子水的体积比例为1：50-150。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述常压干燥过程包括：
将经过所述容积置换过程的所述石墨烯水凝胶在60℃以上的环境中进行干燥处理。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将有机相变材料填充到所述石墨烯气凝胶内部以得到所述石墨烯增强相变材料包括：
将所述石墨烯气凝胶与有机相变材料混合已得到第二混合液；
将所述第二混合液置于真空环境中加热，其中所述真空环境的真空度大于20kpa，所述加热过程的温度高于所述有机相变材料熔点3℃-5℃，所述加热过程的时间为12小时-24小时。
10.一种石墨烯增强相变材料，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一所述的方法制备而成。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021035819A1 (zh) * 2019-08-26 2021-03-04 张立强 气凝胶吸附相变储能粉体、制备方法及其应用
CN112724936A (zh) * 2021-01-26 2021-04-30 山西万家暖节能科技有限公司 一种储能新材料的制备方法
CN112758917A (zh) * 2021-01-12 2021-05-07 广州科技职业技术大学 一种内部呈环流排列的石墨烯气凝胶的制备方法
CN112961656A (zh) * 2021-02-20 2021-06-15 青岛尼希米生物科技有限公司 一种复合相变调温材料及其制备方法、多重相变调温纤维及其制备方法和应用
CN113372883A (zh) * 2021-06-07 2021-09-10 山东国烯新材料创新中心有限公司 一种基于溶剂置换法的高导热复合相变材料及其制备方法
CN113400739A (zh) * 2021-07-15 2021-09-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种含气凝胶的相变储能保温板材、其制备方法及应用
CN113662246A (zh) * 2021-09-08 2021-11-19 湖北中烟工业有限责任公司 一种烟用爆珠芯材及其制备方法与应用
CN113698915A (zh) * 2020-05-22 2021-11-26 中国科学院大连化学物理研究所 一种石墨烯基多重响应的定型复合相变材料及制备和应用
CN114012098A (zh) * 2021-11-03 2022-02-08 安徽有研吸气材料有限公司 一种易激活的非蒸散型锆石墨吸气材料
CN114852999A (zh) * 2022-04-27 2022-08-05 云南大学 一种转移石墨烯的方法
CN115305059A (zh) * 2022-01-28 2022-11-08 兰州理工大学 一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法和应用
CN115975416A (zh) * 2023-02-13 2023-04-18 湖南漆雕氏制造股份有限公司 反射调温墙体涂料及其制备方法
CN116640366A (zh) * 2023-06-27 2023-08-25 广东力王新材料有限公司 一种橡胶相变材料及其制备工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106082202A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 北京化工大学 一种石墨烯气凝胶的制备方法及应用
CN108342187A (zh) * 2018-02-07 2018-07-31 东南大学 形状可控的高导热石墨烯气凝胶复合相变材料及制备方法
CN109572302A (zh) * 2018-12-27 2019-04-05 中国科学院山西煤炭化学研究所 蓄热式石墨烯加热壁画

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106082202A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 北京化工大学 一种石墨烯气凝胶的制备方法及应用
CN108342187A (zh) * 2018-02-07 2018-07-31 东南大学 形状可控的高导热石墨烯气凝胶复合相变材料及制备方法
CN109572302A (zh) * 2018-12-27 2019-04-05 中国科学院山西煤炭化学研究所 蓄热式石墨烯加热壁画

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
上海科学院等组编: "《多孔材料 奇妙的微结构（第1版）》", 31 January 2018, 上海科学普及出版社 *
冯巧著: "《智能水凝胶材料的前端聚合制备及应用（第1版）》", 31 July 2017, 中国矿业大学出版社 *
强亮生著: "《新型功能材料制备技术与分析表征方法（第1版）》", 30 June 2017, 哈尔滨工业大学出版社 *
罗李娟: ""石墨烯气凝胶导热定形相变材料的制备及性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
颜红侠主编: "《现代精细化工实验（第1版）》", 31 January 2015, 西北工业大学出版社 *
高冠卿: ""石墨烯气凝胶的制备方法研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021035819A1 (zh) * 2019-08-26 2021-03-04 张立强 气凝胶吸附相变储能粉体、制备方法及其应用
CN113698915A (zh) * 2020-05-22 2021-11-26 中国科学院大连化学物理研究所 一种石墨烯基多重响应的定型复合相变材料及制备和应用
CN112758917A (zh) * 2021-01-12 2021-05-07 广州科技职业技术大学 一种内部呈环流排列的石墨烯气凝胶的制备方法
CN112724936A (zh) * 2021-01-26 2021-04-30 山西万家暖节能科技有限公司 一种储能新材料的制备方法
CN112961656A (zh) * 2021-02-20 2021-06-15 青岛尼希米生物科技有限公司 一种复合相变调温材料及其制备方法、多重相变调温纤维及其制备方法和应用
CN113372883B (zh) * 2021-06-07 2022-05-17 山东国烯新材料创新中心有限公司 一种基于溶剂置换法的高导热复合相变材料及其制备方法
CN113372883A (zh) * 2021-06-07 2021-09-10 山东国烯新材料创新中心有限公司 一种基于溶剂置换法的高导热复合相变材料及其制备方法
CN113400739A (zh) * 2021-07-15 2021-09-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种含气凝胶的相变储能保温板材、其制备方法及应用
CN113662246A (zh) * 2021-09-08 2021-11-19 湖北中烟工业有限责任公司 一种烟用爆珠芯材及其制备方法与应用
CN114012098A (zh) * 2021-11-03 2022-02-08 安徽有研吸气材料有限公司 一种易激活的非蒸散型锆石墨吸气材料
CN114012098B (zh) * 2021-11-03 2023-11-14 安徽有研吸气材料有限公司 一种易激活的非蒸散型锆石墨吸气材料
CN115305059A (zh) * 2022-01-28 2022-11-08 兰州理工大学 一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法和应用
CN114852999A (zh) * 2022-04-27 2022-08-05 云南大学 一种转移石墨烯的方法
CN114852999B (zh) * 2022-04-27 2024-04-05 云南大学 一种转移石墨烯的方法
CN115975416A (zh) * 2023-02-13 2023-04-18 湖南漆雕氏制造股份有限公司 反射调温墙体涂料及其制备方法
CN115975416B (zh) * 2023-02-13 2024-01-30 湖南漆雕氏制造股份有限公司 反射调温墙体涂料及其制备方法
CN116640366A (zh) * 2023-06-27 2023-08-25 广东力王新材料有限公司 一种橡胶相变材料及其制备工艺

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