一种磁响应热释放可控相变材料及其制备和应用

本发明属于复合相变材料领域，特别涉及通过聚合反应等方法制备复合相变材料可用于长期热能存储与吸收、实现热释放可控的聚合物/相变材料及其制备方法。

背景技术：

1、可控蓄热材料不仅可以回收利用废弃的太阳能，还可以减少工业过程中的大量能量损失。特别是，在100℃以下释放的废热可以有效地吸收和储存在有机相变材料中，这些材料不容易被包括热电和电池在内的其他能量转换和存储系统回收。这种互补的储存方法将利用各种来源的废热，并通过回收废旧能源来减少化石燃料的消耗，这将有助于缓解气候变化。

2、利用相变材料的过冷度大的特点可以将能量长时间存储起来，但是相变材料过冷状态的不稳定以及相变焓值不高等问题严重影响实际应用。

3、本发明以聚合物为载体通过负载高焓值及过冷度大的糖醇相变材料再加入磁性四氧化三铁纳米颗粒得到磁响应热释放可控相变材料，可将太阳能热量长期存储起来，并通过磁热效应、再加热或者外加机械力等方法进行能量的释放。材料良好的稳定性避免了热量长期存储时不必要的浪费，高的相变潜热以及优异的太阳光吸收性能使其在长期储热上具有良好的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种磁响应热释放可控相变材料及其制备方法，以解决上述背景中所提到的问题。

2、合成磁响应热释放可控相变材料包括以下步骤：

3、(1)先将聚合物与水混合，在一定的油浴温度下搅拌均匀配制成一定浓度的聚合物溶液，之后加入一定量的糖醇相变材料继续在一定油浴温度下搅拌一定时间直至混合均匀，最后加入一定量的磁性四氧化三铁纳米颗粒继续加热搅拌至均匀。

4、(2)将(1)中所得的产物倒至培养皿中，并将培养皿放置在真空烘箱中将溶剂全部烘干，得到的产物即为磁响应热释放可控的相变材料。

5、进一步地，所述步骤(1)中聚合物的种类为聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、羧甲基纤维素中的一种或多种。

6、进一步地，所述步骤(1)中聚合物与水的比例为0.1g:40ml-0.8g:40ml,优选范围为0.3g:40ml-0.5g:40ml。

7、进一步地，所述步骤(1)中聚合物溶解的油浴温度为60-110℃，其中优选范围为75-90℃。

8、进一步地，所述步骤(1)中聚合物溶解搅拌时间为0.5-3h，其中优选范围为1-1.5h。

9、进一步地，所述步骤(1)中所用的糖醇相变材料为赤藓糖醇、木糖醇、山梨醇中的一种或几种；

10、进一步地，所述步骤(1)中糖醇与聚合物的质量比例为96:4-80:20，其中优选范围为96:4-90:10。

11、进一步地，所述步骤(1)中加入糖醇后的搅拌温度为60-110℃，其中优选范围为75-90℃。

12、进一步地，所述步骤(1)中加入糖醇后搅拌时间为0.5-3h，其中优选范围为1-1.5h。

13、进一步地，所述步骤(1)中磁性四氧化三铁纳米颗粒与聚合物的比例为1:4-1:20,其中优选范围为1:4-1：10。

14、进一步地，所述步骤(1)中加入磁性四氧化三铁纳米颗粒后的搅拌温度为60-110℃，其中优选范围为75-90℃。

15、进一步地，所述步骤(1)中加入磁性四氧化三铁后搅拌时间为0.5-2h，其中最优范围为1-1.5h。

16、进一步地，所述步骤(2)中真空烘箱设定温度为80-140℃，真空度为-0.1mpa，优选范围为120-140℃。

17、进一步地，所述步骤(2)中溶剂烘干时间为3-7h，其中优选范围为4-6h。

18、最终制得的相变材料在熔化过程中表现出较高的相变焓和磁热效应，降温不发生结晶，在重新加热或磁场中出现冷结晶现象。该材料具有优异的储能效果。

19、本方法合成的磁响应型相变材料可以在降温时不发生结晶，通过磁热效应、机械触发或者热触发等条件来释放热量从而达到放热可控的效果，且该材料在熔融温度以上保持一凝胶状态，可以避免糖醇在相变时发生泄露。糖醇相变材料在有机相变材料中属于焓值较高的一类，因此该复合相变材料具有很高的相变潜热以及优异的光热吸收效率,在长期热能存储应用方面具有可观的前景。

20、本发明所涉及的制备方法简单，原料环保且便宜，操作要求低，所制得的磁响应热释放可控相变材料具有相变潜热高，长期储热稳定和优异的太阳光吸收率等性能。此外对于热能的可控释放极大的扩充了应用场景。

技术特征：

1.一种磁响应热释放可控相变材料的制备方法，其特征在于具有以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、羧甲基纤维素中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚合物溶解的温度为60-110℃，其中优选范围为75-90℃；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所用的糖醇相变材料为赤藓糖醇、木糖醇、山梨醇中的一种或几种；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入糖醇后的搅拌温度为60-110℃，其中优选范围为75-90℃；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中有四氧化三铁纳米颗粒与聚合物的比例为1:4-1:20,其中优选范围为1:4-1：10。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入四氧化三铁纳米颗粒后的搅拌温度为60-110℃，其中优选范围为75-90℃；

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中真空烘箱设定温度为80-140℃，真空度为-0.1mpa，优选范围为120-140℃；

9.一种权利要求1-8任一所述的制备方法制得的磁响应热释放可控相变材料。

10.一种权利要求9所述相变材料的应用，其特征在于：相变材料产品可用作热能存储和/或时空相变储能的相变材料。

技术总结本发明公开了一种磁响应热释放可控相变材料及其制备方法。该方法以糖醇为相变材料，以高分子聚合物为支撑载体，通过溶剂法合成复合相变材料。本方法合成的磁响应型相变材料可以在降温时不发生结晶，通过磁热效应、机械触发或者热触发等条件来释放热量从而达到放热可控的效果，且该材料在熔融温度以上保持一凝胶状态，可以避免糖醇在相变时发生泄露。糖醇相变材料在有机相变材料中属于焓值较高的一类，因此该复合相变材料具有很高的相变潜热以及优异的光热吸收效率,在长期热能存储应用方面具有可观的前景。技术研发人员：史全,陈杰,寇艳受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18