申請(qǐng)?zhí)枺?01610919637.X
　　申請(qǐng)人：中南大學(xué)
　　發(fā)明人：魏秋平 周科朝 張龍 馬莉 余志明 劉家喻

　　摘要： 一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料及制備方法，所述相變儲(chǔ)能材料包括表面強(qiáng)化的泡沫骨架、石蠟、阻燃劑及石蠟支撐材料；泡沫骨架表面強(qiáng)化層選自金剛石膜、石墨烯墻、碳納米管墻、石墨烯包覆金剛石膜、碳納米管包覆金剛石膜、碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜中的一種。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、導(dǎo)熱系數(shù)高、性能穩(wěn)定，通過(guò)表面修飾石墨烯或/和碳納米管，進(jìn)一步增加泡沫骨架的導(dǎo)熱性能，有效提升現(xiàn)有儲(chǔ)能材料的熱傳遞效率。金剛石良好的化學(xué)惰性，可以有效避免金屬骨架在相變材料中的腐蝕，既適用于有機(jī)類相變儲(chǔ)能材料，又與無(wú)機(jī)水合鹽類相變材料有極強(qiáng)的兼容性和適應(yīng)性，適于高溫、大功率、高能耗領(lǐng)域應(yīng)用。

　　主權(quán)利要求：1.一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，所述相變儲(chǔ)能材料包括表面強(qiáng)化的泡沫骨架、石蠟、阻燃劑及石蠟支撐材料，在由石蠟、阻燃劑、石蠟支撐材料構(gòu)成的相變儲(chǔ)能材料基體中鑲嵌有表面強(qiáng)化的泡沫骨架；所述表面強(qiáng)化的泡沫骨架包括泡沫骨架、表面強(qiáng)化層；所述表面強(qiáng)化層選自金剛石膜、石墨烯墻、碳納米管墻、石墨烯包覆金剛石膜、碳納米管包覆金剛石膜、碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜中的一種。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，表面強(qiáng)化的泡沫骨架體積占相變儲(chǔ)能材料基體體積的1％-80％。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，泡沫骨架與表面強(qiáng)化層之間設(shè)有改性層。
　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，所述的改性層為硅、鈮、鉭、鎳、鉑、銅、鎢、鉬、鈦、銀、鉻中的一種或多種的復(fù)合；所述改性層改性方法包括電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積方法中的一種或復(fù)合。
　　5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，泡沫骨架的泡沫孔徑為0.01-10mm，開(kāi)孔率20-99.9％，泡沫孔洞均勻分布或隨機(jī)分布；泡沫骨架為平面結(jié)構(gòu)或三維立體結(jié)構(gòu)。
　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，所述泡沫骨架選自泡沫金屬骨架、泡沫陶瓷骨架或泡沫碳骨架中的一種；所述泡沫金屬骨架選自泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈦、泡沫鈷、泡沫鎢、泡沫鉬、泡沫鉻、泡沫鐵鎳、泡沫鋁中的一種；所述泡沫陶瓷骨架選自泡沫A12O3、泡沫ZrO2、泡沫SiC、泡沫Si3N4、泡沫BN、泡沫B4C、泡沫AlN、泡沫WC、泡沫Cr7C3中的一種。
　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，相變儲(chǔ)能材料基體中石蠟、阻燃劑與石蠟支撐材料的重量份組成為：石蠟60～80份，阻燃劑10-30份，石蠟支撐材料10-20份；所述阻燃劑選自四氯雙酚A、全氯戊環(huán)癸烷、多溴二苯醚類、溴代雙酚A類、溴代高聚物中的一種；所述石蠟支撐材料包括高密度聚乙烯、聚丙烯中的一種。
　　8.一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料的制備方法，包括下述步驟：第一步：將石蠟加熱至100-180℃，充分融化后，將石蠟支撐材料和阻燃劑加入其中，攪拌，使其充分溶解，得到相變儲(chǔ)能材料基體熔液；第二步：將表面強(qiáng)化的泡沫骨架放入相變儲(chǔ)能材料基體熔液中，一起放入帶有真空設(shè)備的管式爐中，設(shè)置爐溫90-180℃，抽爐內(nèi)真空至10Pa以下，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行排氣至無(wú)明顯氣泡冒出，隨后向爐內(nèi)通入空氣、氮?dú)狻鍤庵械囊环N，保溫10-180分鐘后，隨爐冷卻，得到泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟復(fù)合材料。
　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：表面強(qiáng)化的泡沫骨架表面金剛石膜的制備方法是：將泡沫骨架置于化學(xué)氣相沉積爐中的旋轉(zhuǎn)基臺(tái)上；或?qū)ε菽羌鼙砻娣N植籽晶后再置于化學(xué)氣相沉積爐中的旋轉(zhuǎn)基臺(tái)上，然后進(jìn)行金剛石層沉積，調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣路分布、熱絲排布及旋轉(zhuǎn)基臺(tái)的轉(zhuǎn)速，含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為0.5-10.0％；生長(zhǎng)溫度為600-1000℃，生長(zhǎng)氣壓103-104Pa；獲得泡沫骨架內(nèi)外表面均為大顆粒微米級(jí)金剛石膜層。
　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：泡沫骨架置于化學(xué)氣相沉積爐中的旋轉(zhuǎn)基臺(tái)上，在泡沫骨架兩側(cè)設(shè)置熱絲，熱絲距泡沫骨架距離為5-12mm，熱絲間距為5-20mm；所述熱絲為螺旋絲或直絲；、在泡沫骨架上下分別均勻設(shè)置多個(gè)進(jìn)出氣口，控制旋轉(zhuǎn)基臺(tái)自轉(zhuǎn)速率為5-100r/min，獲得泡沫骨架內(nèi)外表面金剛石膜層厚度為0.5μm～1000μm，膜層中晶粒尺寸為1μm-200μm。
　　11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：石墨烯包覆金剛石膜、碳納米管包覆金剛石膜、碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜表面強(qiáng)化的泡沫骨架的制備方法是：沉積石墨烯或石墨烯包覆金剛石復(fù)合層：將泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體置于化學(xué)氣相沉積爐中，直接沉積石墨烯；沉積參數(shù)為：含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為5-80％；生長(zhǎng)溫度為400-1200℃，生長(zhǎng)氣壓5-105Pa；等離子電流密度0-50mA/cm2；沉積區(qū)域中磁場(chǎng)強(qiáng)度為100高斯至30特斯拉；或在泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體表面采用電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在金剛石膜層表面沉積鎳、銅、鈷中的一種或復(fù)合改性層，再沉積石墨烯；得到石墨烯或石墨烯包覆金剛石膜表面強(qiáng)化的泡沫骨架；沉積碳納米管或碳納米管包覆金剛石復(fù)合層：將泡沫基體或已沉積金剛石膜層的泡沫基體置于化學(xué)氣相沉積爐中，直接沉積碳納米管；沉積參數(shù)為：含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為5-50％；生長(zhǎng)溫度為400-1300℃，生長(zhǎng)氣壓103-105Pa；等離子電流密度0-30mA/cm2；沉積區(qū)域中磁場(chǎng)強(qiáng)度為100高斯至30特斯拉；或在泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體表面采用電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在沉積表面沉積鎳、銅、鈷中的一種或復(fù)合改性層，再沉積碳納米管；得到碳納米管或碳納米管包覆金剛石膜表面強(qiáng)化的泡沫骨架：沉積碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜復(fù)合層：將泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體置于化學(xué)氣相沉積爐中，直接沉積碳納米管、石墨烯復(fù)合體；碳納米管林沉積參數(shù)為：含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為5-50％；生長(zhǎng)溫度為400-1300℃，生長(zhǎng)氣壓103-105Pa；等離子電流密度0-30mA/cm2；沉積區(qū)域中磁場(chǎng)強(qiáng)度為100高斯至30特斯拉；石墨烯墻沉積參數(shù)為：含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為5-80％；生長(zhǎng)溫度為400-1200℃，生長(zhǎng)氣壓5-105Pa；等離子電流密度0-50mA/cm2；沉積區(qū)域中磁場(chǎng)強(qiáng)度為100高斯至30特斯拉；或在泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體表面采用電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在金剛石表面沉積鎳、銅、鈷的一種或復(fù)合改性層；再沉積碳納米管、石墨烯；得到碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜表面強(qiáng)化的泡沫骨架。
　　12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于：將泡沫基體或已沉積金剛石膜層的泡沫基體清洗、烘干后置于化學(xué)氣相沉積爐中，沉積石墨烯、碳納米管、碳納米管/石墨烯時(shí)，在泡沫基體上施加等離子輔助生長(zhǎng)，同時(shí)在泡沫基體底部添加磁場(chǎng)，將等離子體約束在泡沫基體近表面，強(qiáng)化等離子對(duì)泡沫基體表面的轟擊，使石墨烯或/和碳納米管垂直于金剛石表面生長(zhǎng)，形成碳納米管林或石墨烯墻，得到表面均布石墨烯墻包覆金剛石、碳納米管林包覆金剛石或碳納米管林/石墨烯墻包覆金剛石的三維空間網(wǎng)絡(luò)多孔骨架。
　　13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于，對(duì)泡沫骨架表面種植籽晶的方法是：將泡沫骨架置于納米晶和/或微米晶金剛石混合顆粒的懸濁液中，于超聲波中震蕩、分散均勻，納米晶和/或微米晶金剛石顆粒吸附在泡沫骨架網(wǎng)孔表面；或配置含有納米和/或微米金剛石的水溶液或有機(jī)溶液，采用電泳沉積法使納米晶和/或微米晶金剛石顆粒吸附在泡沫骨架網(wǎng)孔表面。
　　14.根據(jù)權(quán)利要求8-13任意一項(xiàng)所述的一種泡沫金剛石增強(qiáng)石蠟相變儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于，泡沫骨架選自方形翅片、矩形翅片、圓形翅片、螺旋形翅片、波紋形翅片、鋸齒形翅片、針狀翅片、縱向翅片、整體板狀翅片中的至少一種。