一种光响应气凝胶相变复合材料及其制备方法

本发明属于功能材料，具体涉及一种光响应气凝胶相变复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、相变材料是一种通过相变过程实现热能可逆储存和释放的功能储能材料，广泛应用于热能储存、热能管理和太阳能利用等领域。然而，纯相变材料的液相泄漏是工业和家庭应用中长期存在的瓶颈。将相变材料渗透到支撑材料中制备形状稳定的复合相变材料是一种可行的解决方案。气凝胶是一种理想的支撑材料，可以有效地封装相变材料，防止相变材料由于强大的毛细力和表面张力而泄漏。更吸引人的是，多用途气凝胶还可以改善相变材料的固有缺陷，同时赋予相变材料迷人的新特性和先进的多种功能。

2、太阳能被认为是地球上最有前途和最丰富的可再生能源。太阳能的高效转换和储存对于提高能源利用率和实现可持续发展具有重要意义。直接将太阳能转化为热能通常比其他太阳能转换技术如光伏(太阳能-电转换)和光合作用(太阳能-化学转换)更有效。在相变材料体系中加入光热材料已被证明是太阳能热转换最有效的策略。但是由于纯相变材料的光吸收能力极弱，直接实现太阳能的高效捕获、转换和存储是不可能的。因此，将光响应材料引入相变储能领域对于开发新型多功能储能材料具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光响应气凝胶相变复合材料及其制备方法，以克服现有技术的不足，通过较为简单的工艺制备出具有光响应性的新型气凝胶相变复合材料。所获得的光响应气凝胶相变复合材料形状稳定性好，同时兼具光热转换与储存和光致发光功能，具有高相变焓和高荧光发射强度，能够满足不同场景的多功能需求，拓宽了复合材料同时在光学及热学领域的应用范围。

2、本发明采用的技术方案为：一种光响应气凝胶相变复合材料，制备方法包括如下步骤：

3、1)超声处理光响应材料和氮化硼形成光响应材料/氮化硼分散液；

4、2)将聚合物溶液加入步骤1)得到的分散液中形成均匀稳定的混合溶液；

5、3)将步骤2)得到的混合溶液倒入模具中进行真空冷冻干燥，得到光响应气凝胶材料；

6、4)将光响应材料和相变材料混合，加热至熔融状态；

7、5)将步骤3)得到的光响应气凝胶材料缓慢放入步骤4)得到的熔融态光响应材料/相变材料混合物中，通过真空辅助浸渍获得光响应气凝胶相变复合材料。

8、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤1)中，所述氮化硼为羟基化、氨基化或羧基化的氮化硼纳米片，所述光响应材料为发射波长为400～800nm碳材料中的一种或几种。

9、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤1)中，所述超声功率为100～300w，超声时间为0.5～8h。

10、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤2)中，所述聚合物为纳米纤维素、聚乙烯醇、壳聚糖中的一种。

11、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤1)和步骤2)中，所述氮化硼、光响应材料与聚合物的质量比为0.1～1:0.01～1:0.1～3。

12、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤3)中，所述真空冷冻干燥条件为：预冻处理温度为-20～-60℃，时间为4～24h；真空冷冻干燥温度为-40～-60℃，时间为48～96h。

13、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤4)中，所述光响应材料为发射波长为400～800nm碳材料中的一种或几种；所述相变材料为聚乙二醇、石蜡、脂肪酸中的一种或几种。

14、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤4)中，所述光响应材料与相变材料的质量比为0.1:1～100。

15、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤4)中，所述加热温度为30～90℃。

16、进一步的，上述的一种光响应气凝胶相变复合材料，步骤5)中，所述真空辅助浸渍温度为30～90℃，时间为10～360min，真空辅助浸渍完成后，去除光响应气凝胶相变复合材料表面多余的熔融态光响应材料/相变材料混合物。

17、本发明的有益效果是：本发明合成工艺易于控制，操作简单，绿色环保，生产成本低，可快速构建光响应气凝胶相变复合材料，拓宽了复合材料同时在光学及热学领域的应用范围。同时克服了纯相变材料的液相泄漏问题和光响应材料固态荧光猝灭与热猝灭问题。所制备的光响应气凝胶相变复合材料具有光致发光、光热转换与热能储存多重功能，具有高相变焓和高荧光发射强度及良好的形状稳定性，可应用于能源储存、建筑节能和显示照明等领域。

技术特征：

1.一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤1)中，所述氮化硼为羟基化、氨基化或羧基化的氮化硼纳米片，所述光响应材料为发射波长为400～800nm碳材料中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤1)中，所述超声功率为100～300w，超声时间为0.5～8h。

4.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤2)中，所述聚合物为纳米纤维素、聚乙烯醇、壳聚糖中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤1)和步骤2)中，所述氮化硼、光响应材料与聚合物的质量比为0.1～1:0.01～1:0.1～3。

6.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤3)中，所述真空冷冻干燥条件为：预冻处理温度为-20～-60℃，时间为4～24h；真空冷冻干燥温度为-40～-60℃，时间为48～96h。

7.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤4)中，所述光响应材料为发射波长为400～800nm碳材料中的一种或几种；所述相变材料为聚乙二醇、石蜡、脂肪酸中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤4)中，所述光响应材料与相变材料的质量比为0.1:1～100。

9.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤4)中，所述加热温度为30～90℃。

10.根据权利要求1所述的一种光响应气凝胶相变复合材料，其特征在于，步骤5)中，所述真空辅助浸渍温度为30～90℃，时间为10～360min，真空辅助浸渍完成后，去除光响应气凝胶相变复合材料表面多余的熔融态光响应材料/相变材料混合物。

技术总结本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种光响应气凝胶相变复合材料及其制备方法。采用的技术方案是：首先超声处理光响应材料和氮化硼形成光响应材料/氮化硼分散液；然后将聚合物溶液加入到上述分散液中形成均匀稳定的混合溶液，将混合溶液倒入模具中进行真空冷冻干燥，得到光响应气凝胶材料；最后通过真空辅助吸附将光响应气凝胶与光响应材料和相变材料的熔融混合物复合。本发明技术方法简单，成本低、方便工业化生产，所制备的光响应气凝胶相变复合材料形状稳定性好，同时兼具光热转换与储存和光致发光功能，具有高相变焓和高荧光发射强度，能够满足不同场景的多功能需求，可应用于能源储存、建筑节能和显示照明等领域。技术研发人员：张向东,何丽丽,贾铠,葛春华,刘蕊,关宏宇受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16