CN114561192B - 一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114561192B
CN114561192B CN202210073533.7A CN202210073533A CN114561192B CN 114561192 B CN114561192 B CN 114561192B CN 202210073533 A CN202210073533 A CN 202210073533A CN 114561192 B CN114561192 B CN 114561192B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mxene
nickel
phase
composite material
plated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210073533.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114561192A (zh
Inventor
薛白
程紫玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kangmingyuan Guizhou Technology Development Co ltd
Original Assignee
Guizhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou University filed Critical Guizhou University
Priority to CN202210073533.7A priority Critical patent/CN114561192B/zh
Publication of CN114561192A publication Critical patent/CN114561192A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114561192B publication Critical patent/CN114561192B/zh
Priority to NL2033966A priority patent/NL2033966B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/066—Cooling mixtures; De-icing compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

本发明公开了一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法，多功能相变复合材料由再生纤维素/石墨烯填充镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶、相变材料和MXene薄膜组成，采用真空冷冻干燥法制备再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶，真空浸渍法制备相变复合材料半成品，真空辅助抽滤法制备MXene薄膜，并通过物理结合法等制备方法制备镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，多功能相变复合材料具备优异的综合性能，相变潜热高达154.3J/g，热导率提高到0.47Wm‑1K‑1，电磁屏蔽效能为32.7dB，复合材料由于双重支撑网络结构从而可以有效地封装相变材料，可作为电子元器件中的热管理材料和电磁屏蔽材料的应用。

Description

一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及多功能复合材料技术领域，特别是一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，对电子元器件的制备材料也提出了高要求以满足使用要求。单一功能性的材料在实际应用上有颇多的局限性，因此设计兼具有多种功能性的材料可解决此类问题。例如，尽管导热相变复合材料具有热能储存和释放的功能，可以有效解决电子元器件在运行中产生的热量积聚的问题。然而，随着电子元器件集成化程度日益提高，不可避免地伴随着电磁辐射干扰的问题。因此赋予材料高电磁屏蔽性能以减少电磁波带来的危害和干扰问题是一种高效的解决方法。目前越来越多的研究人员致力于开发多功能的复合材料用于电子设备领域，其中高电磁屏蔽效能的导热相变复合材料具有很大的研究价值和广阔的应用前景。
相变材料可以通过调节温度变化来控制加热或冷却过程中储存或者释放的潜热，具有高储能密度、低温波动性和良好耐候性等优点。但是它同样存在缺点，如自身封装性差，易泄漏、热导率低。引入高性能相变复合材料可以有效弥补的单一相变材料的不足，目前相变复合材料的种类有微胶囊法、多孔骨架封装法、熔融共混法等。其中，多孔骨架封装法是指将基体构建成多孔网络结构以吸附或封装熔融态相变材料，凝固成型后得到具有形状稳定性和良好封装性能的相变复合材料。目前，效果较显著的多孔骨架有金属泡沫、石墨烯气凝胶、多孔碳和纤维素气凝胶等。
纤维素因其来源广泛，环境友好型，高强度，低密度等特点，可用于制备多孔气凝胶。纳米纤维气凝胶用于相变复合材料较为常见，而应用再生纤维素气凝胶相对较少。再生纤维素气凝胶较纳米纤维素气凝胶结构强度更高，交联密度更大，更有利于封装相变材料。
因此，本发明公开了一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法，多功能相变复合材料由再生纤维素/石墨烯填充镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶、相变材料和MXene薄膜组成，采用真空冷冻干燥法制备再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶，真空浸渍法制备相变复合材料半成品，真空辅助抽滤法制备MXene薄膜，并通过物理结合法等制备方法制备镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，多功能相变复合材料具备优异的综合性能，相变潜热高达154.3J/g，热导率提高到0.47Wm- 1K-1，电磁屏蔽效能为32.7dB，复合材料由于双重支撑网络结构从而可以有效地封装相变材料，可作为电子元器件中的热管理材料和电磁屏蔽材料的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法，多功能相变复合材料由再生纤维素/石墨烯填充镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶、相变材料和MXene薄膜组成，采用真空冷冻干燥法制备再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶，真空浸渍法制备相变复合材料半成品，真空辅助抽滤法制备MXene薄膜，并通过物理结合法等制备方法制备镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，多功能相变复合材料具备优异的综合性能，相变潜热高达154.3J/g，热导率提高到0.47Wm-1K-1，电磁屏蔽效能为32.7dB，复合材料由于双重支撑网络结构从而可以有效地封装相变材料，可作为电子元器件中的热管理材料和电磁屏蔽材料的应用。
为实现上述技术目的，采用如下技术方案：
一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，多功能相变复合材料由再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶、相变材料和MXene薄膜复合而成，所述再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶具有三维双支撑网络结构；所述MXene薄膜具有致密的多层结构，所述相变材料有效封装在多功能复合材料中，所述镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料导热系数为0.4-0.5W·m-1K-1；电磁屏蔽效能为24-32dB，相变潜热139.3-154.3J/g。
一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：利用镀镍三聚氰胺海绵，再生纤维素，石墨烯，采用真空冷冻干燥法制备得到再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶；
步骤S2：将步骤S1中制备得到的再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶与相变材料通过真空浸渍法制备相变复合材料半成品；
步骤S3：采用真空辅助过滤法抽滤MXene胶体溶液，制备少层MXene薄膜；
步骤S4：将步骤S2制备得到的相变复合材料半成品和步骤S3中制备得到的MXene薄膜通过物理粘附制得所述镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料。
进一步的，所述步骤S1中再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶的制备方法包括以下步骤：
步骤S11：采用表面化学镀镍法制备镀镍三聚氰胺海绵，洗净的三聚氰胺海绵先后在敏化液、活化液中分别超声处理，洗涤烘干后放入化学镀液中，逐滴加入还原剂溶液，超声反应化学镀镍，最后捞出镀镍海绵反复洗涤，烘干备用；
所述敏化液由六水氯化锡和盐酸溶液配成，所述活化液由氯化钯和盐酸溶液配成，所述化学镀液为六水氯化镍、二水合柠檬酸钠、氨水混合于去离子水中配成的混合液，所述还原剂溶液由次磷酸钠溶于去离子水中配成；
步骤S12：采用低温碱-尿素-水溶解体系溶解棉短绒制备再生纤维素，预先将石墨烯粉体加入溶解体系并低温处理得到溶解体系/石墨烯的混合液，控制石墨烯粉体质量浓度为1wt％～5wt％，然后将棉短绒加入溶解体系/石墨烯的混合液中，迅速取出使用电动磁力搅拌棒搅拌，得到再生纤维素/石墨烯混合液；
所述溶解体系为氢氧化钠，尿素，去离子水混合液；
步骤S13：将步骤S11中制备的镀镍三聚氰胺海绵浸泡在步骤S12中制备的再生纤维素/石墨烯混合液中，充分吸收混合液，直至海绵内部无气泡，然后取出复合体迅速放入无水乙醇中进行凝胶化，经过去离子水进行溶剂置换多次，复合凝胶块在液氮氛围中采用冰模板法冷冻，最后经冷冻干燥得到块状再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶。
进一步的，所述步骤S2中通过真空浸渍法制备相变复合材料半成品的具体方法为：
将相变材料预先熔融，将再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶浸入熔融的相变材料中，保持温度下真空浸渍24～48h，取出用吸油纸吸附表面未吸附的相变熔体，在室温下凝固后得到相变复合材料半成品；
所述步骤S2中的相变材料为聚乙二醇、石蜡、脂肪酸酯或多元醇的至少一种。
进一步的，所述步骤S2中制备少层MXene薄膜的具体方法为：
采用氟化锂和盐酸原位反应生成HF刻蚀Ti3AlC2粉末中的金属Al层，经反应刻蚀、离心洗涤、超声剥离和离心收集制得的少层MXene胶体溶液，于4～6℃冰箱中密封保存备用；采用真空辅助过滤法抽滤一定量的MXene胶体溶液，经35～40℃温度下真空干燥4～6h，制得MXene薄膜。
进一步的，所述步骤S4中通过物理粘附制得所述镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料的具体方法为：
将步骤S3中制备的MXene薄膜裁成与步骤S2中制备的相变复合材料半成品同等长宽的尺寸，MXene薄膜与相变复合材料半成品通过熔融聚乙二醇物理粘附制得多功能相变复合材料。
进一步的，所述敏化液由2g六水氯化锡和100mL盐酸溶液(0.1mol/L)配成，活化液由0.01g氯化钯和100mL盐酸溶液(0.01mol/L)配成，镀液为2g六水氯化镍、3g二水合柠檬酸钠、12mL氨水混合于90mL去离子水中配成的混合液，还原液由4g次磷酸钠溶于10mL去离子水中配成；
所述化学镀镍反应时间为1～5min，优选为3min；
所述敏化、活化和镀镍完成后均需将海绵使用去离子水洗涤4～6次，活化和镀镍完成后需要在35～40℃的温度下真空干燥24～48h。
进一步的，所述步骤S12中氢氧化钠︰尿素︰去离子水︰棉短绒的质量比为(7～14)︰(12～24)︰(81～162)︰(2～3)；
所述棉短绒由棉浆板经粉碎机制得；
所述溶解过程中，电动搅拌速度为3500～5000rpm；
所述步骤S13中溶剂置换过程中，复合凝胶用去离子水置换2～4次，其中每次置换的时间为8～12h；所述的真空冷冻干燥是在真空度<100Pa，冷阱温度为-60℃的条件下，在冷冻干燥机中干燥24～48h；
进一步的，所述氟化锂用量为1～2g，盐酸为20～40mL，Ti3AlC2粉末为1～2g；
所述反应条件：温度为35～40℃，转速为1500～2000rpm，反应时间为36～48h；
所述离心洗涤的转速为3500rpm，时间为10min，洗涤至上清液的pH大于6；
所述超声剥离的条件为冰浴下超声1～2h；
所述离心收集的转速为3500rpm，时间为20～60min，循环收集上层深墨绿色少层MXene胶体溶液。
如上述任意一项制备的镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述多功能相变复合材料应用于电子元器件中的热管理材料和电磁屏蔽材料。
本发明提供一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法，解决了传统相变材料易泄漏、热导率低、功能性单一的问题。
本发明的有益效果为：
通过采用上述技术方案，得到的多功能复合材料常态为固态，即使在高于相变材料熔融温度下使用亦可保持良好的形状稳定性，且具有理想的导热系数、较高的电磁屏蔽性能、更高的相变潜热以及优异的循环热稳定性。
本发明制备的多功能相变复合材料具有复杂的多重结构。其中，再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶具有双重支撑网络结构，一方面再生纤维素/石墨烯网络对多功能相变复合材料导热性能的提升做主要贡献，另一方面气凝胶内部的镀镍三聚氰胺海绵导电骨架对多功能相变复合材料电磁屏蔽性能的增强有一定的贡献。此外，复合材料的底部为MXene导电薄膜有利于改善对复合材料的导热性能与电磁屏蔽性能。本发明所述的多功能相变复合材料的综合性能优异，导热系数为0.47W·m-1K-1，电磁屏蔽效能为32.7dB，相变潜热154.3J/g。
本发明中所述的复合气凝胶较大多数气凝胶具有更高的强度，因其双支撑网络结构，可以有效地封装相变材料，且不易变形，避免了熔融态相变材料的泄漏问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的步骤1中所制备三聚氰胺海绵镀镍前后的SEM图像；
图2为本发明实施例1的步骤1中所制备再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶的SEM图像；
图3为本发明实施例1中所制备的多功能复合相变材料的断面微观SEM图像和EDS图像；
图4为本发明实施例1-3中所制备的多功能复合相变材料的DSC升温和降温曲线图；
图5为本发明实施例1中所制备的多功能复合相变材料的DSC最初和循环50次后的升-降温曲线图；
图6为本发明实施例1-3中所制备的多功能复合相变材料的导热性能；
图7为本发明实施例1-3中所制备的多功能复合相变材料和纯PEG的电磁屏蔽性能；
图8为本发明实施例1中所制备的多功能复合相变材料的电磁屏蔽性能；
图9为本发明实施例1中所制备的多功能复合相变材料和纯PEG在热台上加热过程中的泄漏情况照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
为了更好的理解本发明的技术方案，将反应过程进行如下描述：
下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到或者经现有的技术制备得到。
实施例1：
1.首先将洗净的三聚氰胺海绵浸入由2g六水氯化锡和100mL盐酸溶液(0.1mol/L)配成的敏化液中超声30min后，经去离子水洗涤5次，再放入由0.01g氯化钯和100mL盐酸溶液(0.01mol/L)配成的活化液中超声30min后，使用去离子水洗涤5次，在35℃的温度下真空干燥48h。活化海绵放入由2g六水氯化镍、3g二水合柠檬酸钠、12mL氨水以及90mL去离子水配成的镀液中，逐滴加入还原液(4g次磷酸钠溶于10mL去离子水)，在50℃的温度下超声反应3min，捞出表面富有金属镍光泽的海绵，使用去离子水洗涤5次后，在35℃的温度下真空干燥48h，得到镀镍三聚氰胺海绵，常温密封保存备用；然后7g氢氧化钠、12g尿素和81g去离子水配成溶解液，加入5wt％石墨烯，放入-12℃的冰箱中预冷4h后，加入3g棉短绒，迅速使用电动搅拌棒搅拌棉短绒(5000rpm，8min)，溶解后得到再生纤维素/石墨烯混合液；将镀镍海绵浸入再生纤维素/石墨烯混合液中，使海绵充分吸收混合液，直至海绵内部无气泡，转移填满再生纤维素/石墨烯的海绵至无水乙醇中，静置10min，将凝胶化的再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵凝胶块浸泡于去离子水中进行溶剂置换48h，每隔10h更换一次去离子水，得到的再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵水凝胶通过冰模板法在液氮氛围下冷冻后，使用真空冷冻干燥机进行干燥48h，得到块状再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶。
2.聚乙二醇预先在80℃真空烘箱中熔融，将复合气凝胶浸入熔融聚乙二醇中，80℃的温度下真空浸渍48h，取出使用吸油纸吸附表面未吸附的聚乙二醇熔体，在室温下凝固后得到相变复合材料半成品。
3.2g氟化锂和40mL 9M盐酸原位反应30min，生成HF刻蚀液，缓慢加入2g MAX粉末，在40℃的温度下搅拌36h后，用去离子水循环离心洗涤5次(3500rpm，10min)，至上层清液pH值为6左右；收集离心管底部沉淀，加入20mL去离子水，用手剧烈摇匀混合液后，在冰浴条件下超声1.5h；将上述混合液在3500rpm下离心30min，收集上层深墨绿色液体即为少层MXene胶体溶液，配成10mg/mL少层MXene胶体溶液，采用真空辅助过滤法抽滤10mL MXene胶体溶液成膜，35℃的温度下真空干燥4h，制得MXene薄膜。
4.将制得的MXene薄膜裁成与上述相变复合材料半成品同等长宽的尺寸，MXene薄膜与相变复合材料半成品通过熔融聚乙二醇物理粘附制得多功能相变复合材料。
实施例2：
本实施方式与实施例1不同的是步骤1中石墨烯的含量为3wt％。其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例3：
本实施方式与实施例1和2不同的是步骤1中石墨烯的含量为1wt％。其它步骤及参数与实施例1相同。
由图1可知，三聚氰胺海绵骨架经表面化学镀镍后，光滑的表面上附着了致密的金属镍层，使三聚氰胺海绵骨架具有导电性能。
由图2知，再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶具有双支撑网络结构，再生纤维素/石墨烯网络呈三维交联网络结构，紧密的包覆着镀镍三聚氰胺海绵骨架，为复合气凝胶提供良好的支撑强度。
由图3知，该多功能相变复合材料材料由块体再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵/聚乙二醇相变复合材料和MXene薄膜组成的非对称结构。由Ti元素图谱知，MXene紧密的贴合在复合材料的底部；由Ni元素图谱知，三聚氰胺海绵骨架分布在复合材料的块体内部。
由图4知，实施例1～3中的多功能相变复合材料的熔融温度均高于聚乙二醇的熔融温度，结晶温度均低于聚乙二醇的结晶温度，其中实施例1中的多功能相变复合材料的熔融温度和结晶温度分别为63℃和38.9℃；另外聚乙二醇的相变潜热为157.3J·g-1，实施例1～3中的多功能相变复合材料的相变潜热依次为154.3J·g-1、150.0J·g-1和139.3J·g-1。
由图5知，实施例1中的多功能相变复合材料经50次加热-冷却循环后，相变潜热和相变温度变化很小，证明了本发明提供的多功能相变复合材料具有良好的相变稳定性能。
由图6知，聚乙二醇的导热系数为0.27W·m-1K-1，实施例1～3的导热系数依次为0.47、0.43和0.4，相比于聚乙二醇的导热系数提高了48％～74％，证明了本发明提供的多功能相变复合材料具有良好的导热性能。
由图7知，在X波段(8.2～12.4GHz)下，聚乙二醇的电磁屏蔽效能值在1.30～1.35dB范围内；实施例1中的多功能相变复合材料的电磁屏蔽效能值在31.0～35.7dB范围内；实施例2中的多功能相变复合材料的电磁屏蔽效能值在24.3～25.4dB范围内；实施例3中的多功能相变复合材料的电磁屏蔽效能值在22.8～26.2dB范围内。实施例1～3的电磁屏蔽效能值均大于20dB，达到了商业使用的要求，证明了本发明提供的多功能相变复合材料具有良好的电磁屏蔽性能。另由图8可知，实施例1中的多功能相变材料的总电磁屏蔽效能值是反射效能值和吸收效能值的总和，其平均电磁屏蔽效能值为32.7dB，平均反射效能值为25.9dB，平均吸收效能值为6.8dB。
由图9知，聚乙二醇块体和实施例1中的多功能相变复合材料块体在热台上加热到80℃后，聚乙二醇完全熔融，而实施例1的样品依然保持完整的形貌，且无明显的泄漏，证明了本发明提供的多功能相变复合材料具有优异的防泄漏性能和形状稳定性能。
综上所述，本发明公开了一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法，多功能相变复合材料由再生纤维素/石墨烯填充镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶、相变材料和MXene薄膜组成，采用真空冷冻干燥法制备再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶，真空浸渍法制备相变复合材料半成品，真空辅助抽滤法制备MXene薄膜，并通过物理结合法等制备方法制备镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，多功能相变复合材料具备优异的综合性能，相变潜热高达154.3J/g，热导率提高到0.47Wm-1K-1，电磁屏蔽效能为32.7dB，复合材料由于双重支撑网络结构从而可以有效地封装相变材料，可作为电子元器件中的热管理材料和电磁屏蔽材料的应用。
通过采用上述技术方案，得到的多功能复合材料常态为固态，即使在高于相变材料熔融温度下使用亦可保持良好的形状稳定性，且具有理想的导热系数、较高的电磁屏蔽性能、更高的相变潜热以及优异的循环热稳定性。
本发明制备的多功能相变复合材料具有复杂的多重结构。其中，再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶具有双重支撑网络结构，一方面再生纤维素/石墨烯网络对多功能相变复合材料导热性能的提升做主要贡献，另一方面气凝胶内部的镀镍三聚氰胺海绵导电骨架对多功能相变复合材料电磁屏蔽性能的增强有一定的贡献。此外，复合材料的底部为MXene导电薄膜有利于改善对复合材料的导热性能与电磁屏蔽性能。本发明所述的多功能相变复合材料的综合性能优异，导热系数为0.47W·m-1K-1，电磁屏蔽效能为32.7dB，相变潜热154.3J/g。
本发明中所述的复合气凝胶较大多数气凝胶具有更高的强度，因其双支撑网络结构，可以有效地封装相变材料，且不易变形，避免了熔融态相变材料的泄漏问题。
至此，本领域技术人员认识到，虽然本文已详尽展示和描述了本发明的实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导符合本发明原理的许多其他变形或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变形或修改。

Claims (9)

1.一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述多功能相变复合材料由再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶、相变材料和MXene薄膜复合而成，所述再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶具有三维双支撑网络结构；所述MXene薄膜具有致密的多层结构，所述相变材料有效封装在多功能复合材料中，所述镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料导热系数为0.2-0.5W·m-1K-1；电磁屏蔽效能为24-32dB，相变潜热139.3-154.3J/g；
所述镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料制备方法包括如下步骤：
步骤S1：利用镀镍三聚氰胺海绵，再生纤维素，石墨烯，采用真空冷冻干燥法制备得到再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶；
步骤S2：将步骤S1中制备得到的再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶与相变材料通过真空浸渍法制备相变复合材料半成品；
步骤S3：采用真空辅助过滤法抽滤MXene胶体溶液，制备少层MXene薄膜；
步骤S4：将步骤S2制备得到的相变复合材料半成品和步骤S3中制备得到的MXene薄膜通过物理粘附制得所述镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料。
2.如权利要求1所述的一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述步骤S1中再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶的制备方法包括以下步骤：
步骤S11：采用表面化学镀镍法制备镀镍三聚氰胺海绵，洗净的三聚氰胺海绵先后在敏化液、活化液中分别超声处理，洗涤烘干后放入化学镀液中，逐滴加入还原剂溶液，超声反应化学镀镍，最后捞出镀镍海绵反复洗涤，烘干备用；
所述敏化液由六水氯化锡和盐酸溶液配成，所述活化液由氯化钯和盐酸溶液配成，所述化学镀液为六水氯化镍、二水合柠檬酸钠、氨水混合于去离子水中配成的混合液，所述还原剂溶液由次磷酸钠溶于去离子水中配成；
步骤S12：采用低温碱-尿素-水溶解体系溶解棉短绒制备再生纤维素，预先将石墨烯粉体加入溶解体系并低温处理得到溶解体系/石墨烯的混合液，控制石墨烯粉体质量浓度为1wt％～5wt％，然后将棉短绒加入溶解体系/石墨烯的混合液中，迅速取出使用电动磁力搅拌棒搅拌，得到再生纤维素/石墨烯混合液；
所述溶解体系为氢氧化钠，尿素，去离子水混合液；
步骤S13：将步骤S11中制备的镀镍三聚氰胺海绵浸泡在步骤S12中制备的再生纤维素/石墨烯混合液中，充分吸收混合液，直至海绵内部无气泡，然后取出复合体迅速放入无水乙醇中进行凝胶化，经过去离子水进行溶剂置换多次，复合凝胶块在液氮氛围中采用冰模板法冷冻，最后经真空冷冻干燥得到块状再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶。
3.如权利要求1所述的一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述步骤S2中通过真空浸渍法制备相变复合材料半成品的具体方法为：
将相变材料预先熔融，将再生纤维素/石墨烯包覆镀镍三聚氰胺海绵复合气凝胶浸入熔融的相变材料中，保持温度下真空浸渍24～48h，取出用吸油纸吸附表面未吸附的相变熔体，在室温下凝固后得到相变复合材料半成品；
所述步骤S2中的相变材料为聚乙二醇、石蜡、脂肪酸酯或多元醇的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述步骤S3中制备少层MXene薄膜的具体方法为：
采用氟化锂和盐酸原位反应生成HF刻蚀Ti3AlC2粉末中的金属Al层，经反应刻蚀、离心洗涤、超声剥离和离心收集制得的少层MXene胶体溶液，于4～6℃冰箱中密封保存备用；采用真空辅助过滤法抽滤一定量的MXene胶体溶液，经35～40℃温度下真空干燥4～6h，制得MXene薄膜。
5.如权利要求1所述的一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述步骤S4中通过物理粘附制得所述镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料的具体方法为：
将步骤S3中制备的MXene薄膜裁成与步骤S2中制备的相变复合材料半成品同等长宽的尺寸，MXene薄膜与相变复合材料半成品通过熔融聚乙二醇物理粘附制得多功能相变复合材料。
6.如权利要求2所述的一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述敏化液由2g六水氯化锡和浓度为0.1mol/L的盐酸溶液100mL配成，活化液由0.01g氯化钯和浓度为0.01mol/L的盐酸溶液100mL配成，镀液为2g六水氯化镍、3g二水合柠檬酸钠、12mL氨水混合于90mL去离子水中配成的混合液，还原液由4g次磷酸钠溶于10mL去离子水中配成；
所述化学镀镍反应时间为1～5min；
所述敏化、活化和镀镍完成后均需将海绵使用去离子水洗涤4～6次，活化和镀镍完成后需要在35～40℃的温度下真空干燥24～48h。
7.如权利要求2所述的一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述步骤S12中氢氧化钠︰尿素︰去离子水︰棉短绒的质量比为(7～14)︰(12～24)︰(81～162)︰(2～3)；
所述棉短绒由棉浆板经粉碎机制得；
所述溶解过程中，电动搅拌速度为3500～5000rpm；
所述步骤S13中溶剂置换过程中，复合凝胶用去离子水置换2～4次，其中每次置换的时间为8～12h；所述的真空冷冻干燥是在真空度<100Pa，冷阱温度为-60℃的条件下，在冷冻干燥机中干燥24～48h。
8.如权利要求4所述的一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述氟化锂用量为1～2g，盐酸为20～40mL，Ti3AlC2粉末为1～2g；
所述反应条件：温度为35～40℃，转速为1500～2000rpm，反应时间为36～48h；
所述离心洗涤的转速为3500rpm，时间为10min，洗涤至上清液的pH大于6；
所述超声剥离的条件为冰浴下超声1～2h；
所述离心收集的转速为3500rpm，时间为20～60min，循环收集上层深墨绿色少层MXene胶体溶液。
9.如权利要求2-8中任意一项所述的镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料，其特征在于，所述多功能相变复合材料应用于电子元器件中的热管理材料和电磁屏蔽材料。
CN202210073533.7A 2022-01-21 2022-01-21 一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法 Active CN114561192B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210073533.7A CN114561192B (zh) 2022-01-21 2022-01-21 一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法
NL2033966A NL2033966B1 (en) 2022-01-21 2023-01-16 Multifunctional composite phase change material supported by nickel-plated foam and mxene collaboratively, and preparation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210073533.7A CN114561192B (zh) 2022-01-21 2022-01-21 一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114561192A CN114561192A (zh) 2022-05-31
CN114561192B true CN114561192B (zh) 2022-09-23

Family

ID=81713902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210073533.7A Active CN114561192B (zh) 2022-01-21 2022-01-21 一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114561192B (zh)
NL (1) NL2033966B1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115322797B (zh) * 2022-07-22 2023-06-02 中北大学 一种具有热管理性能和电磁屏蔽功能的复合相变阻燃材料及制备方法和应用
CN115678499B (zh) * 2022-10-28 2023-05-16 北京理工大学 一种柔性可附形热管理/电磁屏蔽复合材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110628155A (zh) * 2019-09-27 2019-12-31 中国科学院深圳先进技术研究院 一种MXene/金属复合气凝胶、其制备方法、用途及包含其的热界面材料
CN110684510A (zh) * 2019-10-23 2020-01-14 广东工业大学 一种导热增强的热能存储定形相变复合材料及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106544539A (zh) * 2015-09-16 2017-03-29 弘大科技（北京）股份公司 一种气凝胶-金属复合材料及其制备方法和应用
CN109852349B (zh) * 2018-12-09 2020-07-14 大连理工大学 一种光-热能量转换和热能存储定形相变复合材料及其制备方法
CN112574468B (zh) * 2019-09-30 2022-07-15 天津理工大学 具有多层次连续网络结构的导热高分子复合材料及制备方法
CN113442520B (zh) * 2021-06-08 2022-01-28 贵州大学 一种具备定向电磁屏蔽性能的双屏蔽结构材料及制备方法
CN113462367B (zh) * 2021-07-23 2023-03-21 苏州双碳新材料有限公司 一种光能和磁能双驱动复合相变材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110628155A (zh) * 2019-09-27 2019-12-31 中国科学院深圳先进技术研究院 一种MXene/金属复合气凝胶、其制备方法、用途及包含其的热界面材料
CN110684510A (zh) * 2019-10-23 2020-01-14 广东工业大学 一种导热增强的热能存储定形相变复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114561192A (zh) 2022-05-31
NL2033966B1 (en) 2023-07-28
NL2033966A (en) 2023-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114561192B (zh) 一种镀镍泡沫和MXene协同支撑的多功能相变复合材料及其制备方法
Li et al. Hierarchical 3D reduced graphene porous-carbon-based PCMs for superior thermal energy storage performance
CN103346325B (zh) 一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池
CN104745149A (zh) 一种含碳材料金属有机骨架基复合相变材料的制备方法
WO2021035816A1 (zh) 双组份储热灌封材料及其制备方法
CN112409983B (zh) 一种基于2-甲基咪唑钴衍生钴和碳纳米管复合的电磁吸波剂及其制备方法
CN104496544A (zh) 一种相变储能陶粒及其制备的方法
WO2021035819A1 (zh) 气凝胶吸附相变储能粉体、制备方法及其应用
CN108295778B (zh) 一种贵金属气凝胶及其制备方法
CN114032071A (zh) 一种柔性疏水各向异性纤维素纳米纤维气凝胶相变复合材料及其制备方法
CN111978679A (zh) 一种结晶水合盐相变材料及其制备方法
CN114247432B (zh) 一种碳纤维负载的mof材料、制备方法以及空气集水装置
CN115160991A (zh) 一种多功能生物碳基相变复合材料及其制备方法
CN113148975B (zh) 一种氮自掺杂多孔碳电极的制备方法
CN107681092B (zh) 一种纳米羟基磷灰石多孔炭复合物及其制备方法与应用
CN116948606A (zh) 一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料及其制备方法和应用
CN110872489A (zh) 相变热熔胶及其制备方法
CN111847450A (zh) 椰壳炭/三维石墨烯复合材料的制备方法及应用
CN113136170B (zh) 基于原位沉淀二次包覆的水合盐-多孔材料复合物及其制备方法和应用
CN113120878A (zh) 一种n,b共掺杂炭基超级电容器电极材料的制备方法
CN117431038A (zh) 水合盐-熟化藕粉/片状改性蛭石复合相变材料及其制备方法和应用
CN114591715B (zh) C波段复合电磁吸波材料的制备方法
CN110676075B (zh) 一种硫铜钴矿基超级电容电极板的制备方法
CN114874754A (zh) 一种mof基凝胶复合相变材料及其制备方法和应用
CN118027903A (zh) 一种二氧化硅气凝胶制备的相变材料

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230809

Address after: 561100 1, Longteng Road, Xia Yun Industrial Park, Pingba District, Anshun, Guizhou

Patentee after: KANGMINGYUAN (GUIZHOU) TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Address before: No.2708, south section of Huaxi Avenue, Huaxi District, Guiyang City, Guizhou Province

Patentee before: Guizhou University

TR01 Transfer of patent right