CN109082266B - 一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：该材料由薄壁泡沫炭材料，覆盖在薄壁泡沫炭材料表面的导电高分子化合物层，覆盖在导电高分子化合物层表面的无机‑有机复合相变材料层或镶嵌在导电高分子化合物层表面的导电高分子化合物/无机‑有机复合相变材料核壳胶囊组成。该材料导热系数为55.0～110.0 W m‑1 K‑1，蓄热系数为8.5～21.0 kJ m‑2 K‑1 s‑1/2，除具有相变储能功能外，材料电阻会随温度的升降及储能介质的相变过程而变化，从而能实时通过电信号反映材料的储能过程和温度的变化情况，可用于太阳能、工业废热回收、室温管控、电子设备的冷却等领域。
Description
技术领域
本发明属于炭基相变复合材料和温度传感材料，涉及一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。本发明的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料可用于太阳能利用、工业废热回收、室温管控、电子设备的冷却等领域。
背景技术
能源问题是当前人们关注的热点问题之一。近年来，利用相变材料进行热能的存储和释放受到了广泛关注。高的能量存储密度、快速的热存储和释放是热能存储体系的两大关键要求。因此，一个理想的热存储材料应同时具有高的导热系数和比热容。然而，目前常用的有机相变材料和无机相变材料，它们的导热系数都很低。有机相变材料的导热系数一般为0.1～0.3W m-1K-1，而无机相变材料的导热系数一般为0.4～0.6W m-1K-1。低的导热系数增加了热的存储和释放时间，严重限制了相变材料的应用。
现有技术中，人们的研究重点主要是通过向相变材料中掺入高导热系数的物质(如金属和各类碳材料等)以提高储能材料的导热系数。而蓄热系数(定义为导热系数、密度和恒压比热容三者乘积的平方根)作为一个同时考虑了导热系数和比热容的参数却常常被多数研究报道忽略。尽管相变复合材料的相关研究已经很多，但除了一些使用膨胀石墨或石墨化泡沫炭的报道外，80％以上的相变复合材料导热系数都在10W m-1K-1以下，而同时有提供蓄热系数的报道更是寥寥。此外，目前报道的相变复合材料往往只具有相变储能功能。将相变复合材料多功能化，必将有利于强化其实用性和拓展其应用领域。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种具有高能量存储密度、快速热存储/释放性能，以及兼具温度响应功能的双功能高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。
本发明的内容是：一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：由薄壁泡沫炭材料(1)，覆盖(或称：包覆、包裹)在薄壁泡沫炭材料(1)表面的导电高分子化合物层(2)，以及覆盖(或称：包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的无机-有机复合相变材料层(3)或镶嵌(或称：覆盖、包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊(4)组成。
本发明的内容中：该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料14％～20％、导电高分子化合物层22％～30％、无机-有机复合相变材料层50％～64％。
本发明的内容中：所述的薄壁泡沫炭材料是具有三维网络结构、网眼由亚微米级厚度的薄炭壁相连、且导热系数为2.3～3.1W m-1K-1的泡沫炭材料。此种结构特征的泡沫炭材料表面具有大量羟基、羰基或羧基活性官能团，有利于导电高分子在其炭壁上均匀铺覆；并且亚微米级厚度的薄炭壁既可保证泡沫炭具有足够的机械强度，当相变材料采用直接附着形式复合时，又可为相变材料的进一步铺覆提供尽可能多的可附着表面，可使相变材料以尽可能多和尽可能薄的方式附着复合，有利于储能能力的提高和热能的快速存储/释放。
本发明的内容中：所述的薄壁泡沫炭材料可以按申请人为西南科技大学、专利申请号为CN 201710222774.2、公开号为CN106976861A提供的“一种薄壁泡沫炭-碳纳米管复合材料的制备方法”制备，也可以按以下方法制备：
将5质量份的淀粉分散于50质量份的含有0.1mol/L的硫酸和0.5mol/L的磷酸的硫/磷混酸的水溶液中，然后立即真空抽滤，获得淀粉滤饼。在滤饼两侧各贴放一张与淀粉滤饼相同尺寸和形状的滤纸，然后在滤纸外侧各安放一块与淀粉滤饼相同尺寸和形状的泡沫镍。将上述贴合了滤纸并安放了泡沫镍的淀粉滤饼放置在一石英管内(石英管的横截面形状和尺寸与淀粉滤饼相同)，使其与石英管内壁刚好贴合。在放置于石英管内、贴合了滤纸并安放了泡沫镍的淀粉滤饼两侧填充沙子，并将石英管竖直插入一沙浴内。加热沙浴，使其温度上升至500℃，保温2h后冷却至室温，即获得由淀粉转化而来的薄壁泡沫炭材料。
本发明的内容中：所述的导电高分子化合物较好的是聚吡咯。
本发明的内容中：所述的无机-有机复合相变材料较好的是CaCl2·6H2O和聚乙二醇(简称PEG)的混合物。对PEG分子量规格的选择原则为：保证复合材料的预期使用温度范围与PEG的熔化温度基本保持一致。考虑到CaCl2·6H2O在相变储能传感材料中所起的作用及其可能存在的缺点，其含量不能过低也不能过高；CaCl2·6H2O含量过低则起不到调节复合材料电阻的作用，不能对相变过程给出可测量的电信号；若CaCl2·6H2O含量过高，则可能出现过冷问题。
所述聚乙二醇(简称PEG)可选择不同分子量规格的PEG，较好的是PEG-1000或/和PEG-2000。
所述的CaCl2·6H2O和聚乙二醇(简称PEG)的质量比例可任意调节，较好的CaCl2·6H2O和聚乙二醇的质量比是3:7～7:3。
本发明的内容中：所述覆盖(或称：包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的无机-有机复合相变材料层(3)的厚度为0.5～1μm。
本发明的内容中：所述镶嵌(或称：覆盖、包覆、包裹)在导电高分子化合物层(2)表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊(4)中，核壳胶囊尺寸为1～50μm，核壳胶囊的壳层厚度为100～200nm。
本发明的内容中：该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为55.0～110.0W m-1K-1(在该范围内可调)，蓄热系数为8.5～21.0kJ m-2K-1s-1/2(在该范围内可调)，该材料具有相变储能和温度传感双重功能，可通过测试材料电阻的变化情况以电信号的方式反映材料温度和相变储能状态。
本发明内容中所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该材料是以薄壁泡沫炭为骨架、以导电高分子化合物为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料为储能和电阻调节介质的复合材料。该材料具有相变储能和温度传感双重功能，可通过测试材料电阻的变化情况以电信号的方式反映材料温度和相变储能状态。当材料温度在40～90℃范围内波动时，其电阻随温度的升高线性减小、随温度的降低线性增大。当材料温度低于40℃时，储能介质的相变过程会引起材料电阻的突变，可根据电阻的突变状态探查材料的储能状态。当材料温度低于40℃且处于放热状态时，随着储能介质相变过程的结束，材料的电阻会急剧增大。当再次加热蓄能时，材料的电阻会持续增大至一最高点(此时温度大约回升至40℃)，相变储能介质中的无机相变组分完成相变储能过程。温度继续升高后，材料电阻会随温度的升高呈现下降趋势，直至材料温度为56℃附近时，相变储能介质中的有机组分蓄能接近完成，此时材料的电阻值回归到温度在40～90℃范围内波动时电阻的变化范围。
本发明内容所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，可以按如下步骤制备：
a、首先将薄壁泡沫炭材料(1)用0.2mol L-1FeCl3乙醇溶液浸渍后，取出于80℃烘干后，将浸渍有Fe3+的薄壁泡沫炭材料(1)置于吡咯蒸气中12～36h进行室温下的蒸气相聚合，获得聚吡咯在薄壁泡沫炭材料(1)表面均匀覆盖的薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物(亦即表面覆盖(或称：包覆、包裹)有导电高分子化合物(聚吡咯)的薄壁泡沫炭材料)；
b、将无机-有机复合相变材料(或称：相变储能介质)(是CaCl2·6H2O和聚乙二醇的质量比为3:7～7:3的混合物)溶于蒸馏水中，并使相变储能介质与水的质量比为1:1～3:1，然后将步骤a中所得薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物浸没于上述相变储能介质的水溶液中，待浸渍饱和后取出，并在温度高于相变储能介质熔化温度的烘箱中(温度100～120℃)烘干并沥吸除去渗出的相变储能介质，最后冷却至室温，获得相变材料直接附着于导电高分子化合物层表面的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。
本发明内容所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，还可以按如下步骤制备：
a、首先将薄壁泡沫炭材料(1)用0.2mol L-1FeCl3乙醇溶液浸渍后，取出于80℃烘干后，将浸渍有Fe3+的薄壁泡沫炭材料(1)置于吡咯蒸气中12～36h进行室温下的蒸气相聚合，获得聚吡咯在薄壁泡沫炭材料(1)表面均匀覆盖的薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物(亦即表面覆盖(或称：包覆、包裹)有导电高分子化合物(聚吡咯)的薄壁泡沫炭材料)；
b、制备导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊(4)(或称：聚吡咯包覆相变储能介质的核壳胶囊)：采用常规界面聚合技术制备聚吡咯包覆相变储能介质(CaCl2·6H2O和PEG的混合物)的核壳胶囊，具体方法可以是：先将相变储能介质(是CaCl2·6H2O和聚乙二醇的质量比为3:7～7:3的混合物)和少量FeCl3催化剂(使Fe3+在水相中的浓度为0.2mol L-1)溶于蒸馏水中，使相变储能介质与水的质量比为1:1～3:1，然后向上述水溶液中加入2倍体积的能溶解吡咯但与水不相容的有机物(可以是苯、正己烷、石油醚等)，然后高速剪切分散(3000～10000r/min)将上述油水混合物制成油包水型乳液，滴加相变储能介质质量0.1～0.5倍的吡咯单体，在油水界面聚合形成100～200nm厚度的聚吡咯壳层，即得到聚吡咯包覆相变储能介质的核壳胶囊(即导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊(4))分散体系；
c、将步骤a所得薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物浸没于上述聚吡咯包覆相变储能介质的核壳胶囊分散体系中，待吸附达到平衡后取出晾干，然后再将晾干后的复合物快速在含有0.2mol L-1FeCl3的乙醇溶液中浸渍后取出烘干，最后再在吡咯蒸气中放置12～36h进行室温下的蒸气相聚合，获得导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊镶嵌于导电高分子化合物层上的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。
步骤b中PEG除起到相变储能介质的作用外，还具有自乳化性能。为了制备导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊，亦可直接采用市售乳化石蜡等相变材料的水性乳液，其制备方法是：将CaCl2·6H2O和FeCl3按步骤b中所述的比例加入乳液中，然后在高速剪切下滴加吡咯聚合形成导电高分子化合物壳层。
应当指出的是，当采用其他导电高分子化合物和其他无机-有机复合相变材料的组合，亦或是对相变材料核壳胶囊尺寸进行调整的情况下，所得泡沫炭基相变储能传感材料对外界温度和相变过程的响应温度区间可能会发生变化。这应属于对本发明作出的非本质改进或调整，仍属于本发明的保护范围。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
(1)本发明高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，是以薄壁泡沫炭为骨架、以导电高分子化合物为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料为储能和电阻调节介质的复合材料。该材料兼具高导热系数和高蓄热系数，除具有相变储能功能外，其电阻会随温度的升降及储能介质的相变过程而变化，从而能够实时通过电信号反映材料的储能过程和温度的变化情况。导电高分子本身即是良好的热/电导体，且导电高分子本身的导电性会随温度的变化而变化，将导电高分子与泡沫炭复合的目的有两个：一是为了提高复合材料的导热性能；二是为了增加泡沫炭的导电性，以利于使相变复合材料对温度的变化能够给出可测量的电信号。无机-有机复合相变材料的作用之一是作为储能介质，在无机相变材料中加入有机相变材料可以克服单一使用无机相变材料存在的过冷问题；其作用之二是作为电阻调节介质，无机相变材料的加入可使材料在熔化和冷却过程中离子的传递受阻情况发生变化，进而对复合材料的表观电阻起到调节作用，有利于相变过程电信号的获取。
(2)采用本发明，当高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料(简称材料)温度在40～90℃范围内波动时，其电阻随温度的升高(降低)线性减小(增大)。当材料温度低于40℃且处于放热状态时，随着储能介质相变过程的结束，材料的电阻会急剧增大。当再次加热蓄能时，材料的电阻会持续增大至一最高点(此时温度大约回升至40℃)，相变储能介质中的无机相变组分完成相变储能过程。温度继续升高后，材料电阻会随温度的升高呈现下降趋势，直至材料温度为56℃附近时，相变储能介质中的有机组分蓄能接近完成，此时材料的电阻值回归到温度在40～90℃范围内波动时电阻的变化范围。本专利相变储能传感材料温度的变化和其中储能介质的相变过程会引起该材料电阻的规律变化，这使得我们可以将该材料温度的变化和储能介质的相变过程通过电信号实时反映出来。因此本发明高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料是一种双功能的材料，它除了具有传统相变储能复合材料所具有的热能储存/释放功能外，还具有传感功能。
(3)目前公知的并联模型给出了多组分物理复合材料的导热系数上限。按照这一理论，相变复合材料的导热系数不会明显高于其负载相变材料前骨架材料的表观导热系数，但该理论忽略了外界通过高导热组分向低导热相变组分传递热量的可能。本发明通过构建微观结构，采用导电高分子作为媒介，拓展了高导热组分与相变组分的接触界面，突破了传统并联模型给出的相变复合材料导热系数的上限。
(4)本发明相变复合材料兼具高的导热系数和蓄热系数，具有高的能量存储密度和快速的热存储/释放能力，本发明产品制备工艺简单，容易操作。本发明除具有相变储能功能外，材料电阻会随温度的升降及储能介质的相变过程而变化，从而能够实时通过电信号反映材料的储能过程和温度的变化情况，可广泛用于太阳能利用、工业废热回收、室温管控、电子设备的冷却等领域，实用性强。
附图说明
图1为本发明实施例1和实施例2高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的放大的纵剖视结构示意图，即无机-有机复合相变材料直接附着的放大的纵剖视结构示意图；
图2为本发明实施例3和实施例4高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的放大的纵剖视结构示意图，即导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊镶嵌的放大的纵剖视结构示意图。
图中：1—薄壁泡沫炭材料、2—导电高分子化合物层、3—无机-有机复合相变材料层、4—导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊。
具体实施方式
下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整(例如采用其他导电高分子和其他无机-有机复合相变材料的组合或对相变材料核壳胶囊尺寸的调整亦属于对本发明作出的非本质改进或调整)，仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
如附图1所示，一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料(简称材料)，该材料是以薄壁泡沫炭为骨架、以聚吡咯为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料(CaCl2·6H2O、PEG-1000和PEG-2000的混合物，质量比为1:1:1)为储能和电阻调节介质的复合材料；其内层骨架为薄壁泡沫炭材料1(占材料总质量的20％)，在骨架表面为均匀覆盖的聚吡咯层(占材料总质量的30％)(即导电高分子化合物层2)，在聚吡咯层表面为直接均匀附着的外层无机-有机复合相变材料层3(占材料总质量的50％，厚度为0.5μm)。
所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为100.0W m- 1K-1，蓄热系数为8.5kJ m-2K-1s-1/2。
实施例2：
如附图1所示，一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料(简称材料)，该材料是以薄壁泡沫炭为骨架、以聚吡咯为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料(CaCl2·6H2O、PEG-1000和PEG-2000的混合物，质量比为1:1:1)为储能和电阻调节介质的复合材料；其内层骨架为薄壁泡沫炭材料1(占材料总质量的14％)，在骨架表面为均匀覆盖的聚吡咯层(占材料总质量的22％)(即导电高分子化合物层2)，在聚吡咯层表面为直接均匀附着的外层无机-有机复合相变材料层3(占材料总质量的64％，厚度为1μm)。
所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为55.0W m- 1K-1，蓄热系数为9.8kJ m-2K-1s-1/2。
实施例3：
如附图2所示，一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料(简称材料)，该材料是以薄壁泡沫炭为骨架、以聚吡咯为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料(CaCl2·6H2O、PEG-1000和PEG-2000的混合物，质量比为1:1:1)为储能和电阻调节介质的复合材料；其内层骨架为薄壁泡沫炭材料1(占材料总质量的14％)，在骨架表面为均匀覆盖的聚吡咯层(即导电高分子化合物层2)，在聚吡咯层表面为镶嵌的相变材料-聚吡咯核壳胶囊层(即导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4)；其中，聚吡咯(即导电高分子化合物)占材料总质量的30％，无机-有机复合相变材料占材料总质量的56％；核壳胶囊尺寸为1μm，核壳胶囊的壳层厚度为200nm。
所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为110.0W m- 1K-1，蓄热系数为21.0kJ m-2K-1s-1/2。
实施例4：
如附图2所示，一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料(简称材料)，该材料是以薄壁泡沫炭为骨架、以聚吡咯为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料(CaCl2·6H2O、PEG-1000和PEG-2000的混合物，质量比例为1:1:1)为储能和电阻调节介质的复合材料；其内层骨架为薄壁泡沫炭材料1(占复合材料总质量的14％)，在骨架表面为均匀覆盖的聚吡咯层(即导电高分子化合物层2)，在聚吡咯层表面为镶嵌的相变材料-聚吡咯核壳胶囊层(即导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4)；其中，聚吡咯(即导电高分子化合物)占材料总质量的30％，无机-有机复合相变材料占材料总质量的56％；核壳胶囊尺寸为50μm，核壳胶囊的壳层厚度为100nm。
所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为60.0W m- 1K-1，蓄热系数为18.5kJ m-2K-1s-1/2。
实施例5～9：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，由薄壁泡沫炭材料1，覆盖(或称：包覆、包裹)在薄壁泡沫炭材料1表面的导电高分子化合物层2，以及覆盖(或称：包覆、包裹)在导电高分子化合物层2表面的无机-有机复合相变材料层3组成。
实施例5～9中无机-有机复合相变材料以直接附着的方式复合于导电高分子化合物层2表面，相关参数见下表：
注：表中所述炭骨架即薄壁泡沫炭材料1、聚吡咯即导电高分子化合物、相变材料即无机-有机复合相变材料。
实施例10～14：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，由薄壁泡沫炭材料1，覆盖(或称：包覆、包裹)在薄壁泡沫炭材料1表面的导电高分子化合物层2，以及镶嵌(或称：覆盖、包覆、包裹)在导电高分子化合物层2表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4组成。
实施例10～14中无机-有机复合相变材料以核壳胶囊的方式镶嵌于导电高分子化合物层2表面，相关参数见下表：
注：表中所述炭骨架即薄壁泡沫炭材料1、聚吡咯即导电高分子化合物、相变材料即无机-有机复合相变材料。
上述实施例1～14中：当材料温度在40～90℃范围内波动时，其电阻随温度的升高(降低)线性减小(增大)。当材料温度低于40℃且处于放热状态时，随着储能介质相变过程的结束，材料的电阻会急剧增大。当再次加热蓄能时，材料的电阻会持续增大至一最高点(此时温度大约回升至40℃)，相变储能介质中的无机相变组分完成相变储能过程。温度继续升高后，材料电阻会随温度的升高呈现下降趋势。直至材料温度为56℃附近时，相变储能介质中的有机组分蓄能接近完成，此时材料的电阻值回归到温度在40～90℃范围内波动时电阻的变化范围。
实施例15～21：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的制备方法，以本实施例方法制备的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料其无机-有机复合相变材料以直接附着的方式复合于导电高分子化合物层2表面。
a、首先将薄壁泡沫炭材料1用0.2mol L-1FeCl3乙醇溶液浸渍后，取出于温度80℃烘干后，将浸渍有Fe3+的薄壁泡沫炭材料1置于吡咯蒸气中进行室温下的蒸气相聚合，获得聚吡咯在薄壁泡沫炭材料1炭壁表面均匀覆盖的薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物，即获得表面覆盖(或称：包覆、包裹)有导电高分子化合物(聚吡咯)的薄壁泡沫炭材料；
b、将无机-有机复合相变材料(或称：相变储能介质)(是CaCl2·6H2O和聚乙二醇的混合物)溶于蒸馏水中，然后将步骤a中所得薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物浸没于上述相变储能介质的水溶液中，待浸渍饱和后取出，并在温度高于相变储能介质熔化温度的烘箱中(温度100～120℃)烘干并沥吸除去渗出的相变储能介质，最后冷却至室温，获得相变材料直接附着于导电高分子化合物层2表面的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。
实施例15～21中各步骤各组分原料及比例、具体参数条件，以及制得的相变储能传感材料的基本构成(结果)等见下表：
实施例22～28：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的制备方法，以本实施例方法制备的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料其无机-有机复合相变材料以核壳胶囊的方式镶嵌于导电高分子化合物层2表面。
a、首先将薄壁泡沫炭材料1用0.2mol L-1FeCl3乙醇溶液浸渍后，取出于温度80℃烘干后，将浸渍有Fe3+的薄壁泡沫炭材料1置于吡咯蒸气中进行室温下的蒸气相聚合，获得聚吡咯在薄壁泡沫炭材料1炭壁表面均匀覆盖的薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物(亦即表面覆盖(或称：包覆、包裹)有导电高分子化合物(聚吡咯)的薄壁泡沫炭材料)；
b、制备导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4(或称：聚吡咯包覆相变储能介质的核壳胶囊)：采用常规界面聚合技术制备聚吡咯包覆相变储能介质(CaCl2·6H2O和PEG的混合物)的核壳胶囊，具体方法是：先将相变储能介质(是CaCl2·6H2O和聚乙二醇的混合物)和少量FeCl3催化剂(使Fe3+在水相中的浓度为0.2mol L-1)溶于蒸馏水中，然后向上述水溶液中加入2倍体积的能溶解吡咯但与水不相容的有机物(可以是苯、正己烷、石油醚等)(构成乳液外相)，然后高速剪切分散将上述油水混合物制成油包水型乳液，滴加吡咯单体，在油水界面聚合形成聚吡咯壳层，即得到聚吡咯包覆相变储能介质的核壳胶囊(即导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4)分散体系；
c、将步骤a所得薄壁泡沫炭-聚吡咯复合物浸没于上述聚吡咯包覆相变储能介质的核壳胶囊分散体系中，待吸附达到平衡后取出晾干，然后再将晾干后的复合物快速在含有0.2mol L-1FeCl3的乙醇溶液中浸渍后取出烘干，最后再在吡咯蒸气中放置进行室温下的蒸气相聚合，获得导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4镶嵌于导电高分子化合物层2上的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料。
实施例22～28中各步骤各组分原料及比例、具体参数条件，以及制得的相变储能传感材料的基本构成(结果)等见下表：
实施例29：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，由薄壁泡沫炭材料1，覆盖(或称：包覆、包裹)在薄壁泡沫炭材料1表面的导电高分子化合物层2，以及覆盖(或称：包覆、包裹)在导电高分子化合物层2表面的无机-有机复合相变材料层3组成。
实施例30：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，由薄壁泡沫炭材料1，覆盖(或称：包覆、包裹)在薄壁泡沫炭材料1表面的导电高分子化合物层2，以及镶嵌(或称：覆盖、包覆、包裹)在导电高分子化合物层2表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4组成。
实施例31：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料14％、导电有机高分子化合物层30％、无机-有机复合相变材料层56％。其它同实施例1或实施例2，省略。
实施例32：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料20％、导电高分子化合物层22％、无机-有机复合相变材料层58％。其它同实施例1或实施例2，省略。
实施例33：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料17％、导电高分子化合物层26％、无机-有机复合相变材料层57％。其它同实施例1或实施例2，省略。
实施例34：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料16％、导电高分子化合物层24％、无机-有机复合相变材料层60％。其它同实施例1或实施例2，省略。
实施例35：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料20％、导电高分子化合物层30％、无机-有机复合相变材料层50％。其它同实施例1或实施例2，省略。
实施例36：
一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料14％、导电有机高分子化合物层22％、无机-有机复合相变材料层64％。其它同实施例1或实施例2，省略。
上述实施例29～36中：所述的薄壁泡沫炭材料是具有三维网络结构、网眼由亚微米级厚度的薄炭壁相连、且导热系数为2.3～3.1W m-1K-1的泡沫炭材料。此种结构特征的泡沫炭材料表面具有大量羟基、羰基或羧基活性官能团，有利于导电高分子在其炭壁上均匀铺覆；并且亚微米级厚度的薄炭壁既可保证泡沫炭具有足够的机械强度，当相变材料采用直接附着形式复合时，又可为相变材料的进一步铺覆提供尽可能多的可附着表面，可使相变材料以尽可能多和尽可能薄的方式附着复合，有利于储能能力的提高和热能的快速存储/释放。
所述的薄壁泡沫炭材料可以按申请人为西南科技大学、专利申请号为CN201710222774.2、公开号为CN106976861A提供的“一种薄壁泡沫炭-碳纳米管复合材料的制备方法”制备，也可以按以下方法制备：
将5质量份的淀粉分散于50质量份的含有0.1mol/L的硫酸和0.5mol/L的磷酸的硫/磷混酸的水溶液中，然后立即真空抽滤，获得淀粉滤饼。在滤饼两侧各贴放一张与淀粉滤饼相同尺寸和形状的滤纸，然后在滤纸外侧各安放一块与淀粉滤饼相同尺寸和形状的泡沫镍。将上述贴合了滤纸并安放了泡沫镍的淀粉滤饼放置在一石英管内(石英管的横截面形状和尺寸与淀粉滤饼相同)，使其与石英管内壁刚好贴合。在放置于石英管内、贴合了滤纸并安放了泡沫镍的淀粉滤饼两侧填充沙子，并将石英管竖直插入一沙浴内。加热沙浴，使其温度上升至500℃，保温2h后冷却至室温，获得由淀粉转化而来的薄壁泡沫炭材料。
上述实施例29～36中：所述的导电高分子化合物是聚吡咯。
上述实施例29～36中：所述的无机-有机复合相变材料是CaCl2·6H2O和聚乙二醇(简称PEG)的混合物。对PEG分子量规格的选择原则为：保证复合材料的预期使用温度范围与PEG的熔化温度基本保持一致。考虑到CaCl2·6H2O在相变储能传感材料中所起的作用及其可能存在的缺点，其含量不能过低也不能过高。CaCl2·6H2O含量过低则起不到调节复合材料电阻的作用，不能对相变过程给出可测量的电信号；若CaCl2·6H2O含量过高，则可能出现过冷问题。
所述聚乙二醇(简称PEG)可选择不同分子量规格的PEG，较好的是PEG-1000或/和PEG-2000；
所述CaCl2·6H2O和聚乙二醇(简称PEG)的质量比例可任意调节，较好的CaCl2·6H2O和聚乙二醇的质量比是3:7～7:3。
上述实施例29～36中：所述覆盖(或称：包覆、包裹)在导电高分子化合物层2表面的无机-有机复合相变材料层3的厚度为0.5～1μm。
上述实施例29～36中：所述镶嵌(或称：覆盖、包覆、包裹)在导电高分子化合物层2表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊4中，核壳胶囊尺寸为1～50μm，核壳胶囊的壳层厚度为100～200nm。
上述实施例29～36所述高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为55.0～110.0W m-1K-1(在该范围内可调)，蓄热系数为8.5～21.0kJ m-2K-1s-1/2(在该范围内可调)。
上述实施例中：所采用的各原料均为市售产品。
上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为质量(重量)百分比例或本领域技术人员公知的百分比例；所述质量(重量)份可以均是克或千克。
上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间、浓度、尺寸、厚度、系数等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
Claims (7)
1.一种高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：由薄壁泡沫炭材料（1），覆盖在薄壁泡沫炭材料（1）表面的导电高分子化合物层（2），以及覆盖在导电高分子化合物层（2）表面的无机-有机复合相变材料层（3）或镶嵌在导电高分子化合物层（2）表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊（4）组成；
该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料中，所述的薄壁泡沫炭材料、导电高分子化合物层、无机-有机复合相变材料层的质量百分比例分别为薄壁泡沫炭材料14%～20%、导电高分子化合物层22%～30%、无机-有机复合相变材料层50%～64%；
所述的导电高分子化合物是聚吡咯；
所述的无机-有机复合相变材料是CaCl2·6H2O和聚乙二醇的混合物。
2.按权利要求1所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述聚乙二醇是PEG-1000或/和PEG-2000。
3.按权利要求1所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述CaCl2·6H2O和聚乙二醇的质量比是3:7～7:3。
4.按权利要求1所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述覆盖在导电高分子化合物层（2）表面的无机-有机复合相变材料层（3）的厚度为0.5～1μm。
5.按权利要求1所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：所述镶嵌在导电高分子化合物层（2）表面的导电高分子化合物/无机-有机复合相变材料核壳胶囊（4）中，核壳胶囊尺寸为1～50 μm，核壳胶囊的壳层厚度为100～200 nm。
6.按权利要求1所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：该高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料的导热系数为55.0～110.0 W m-1 K-1，蓄热系数为8.5～21.0 kJ m-2 K-1 s-1/2 。
7.按权利要求1所述的高导热和高蓄热系数的泡沫炭基相变储能传感材料，其特征是：该材料是以薄壁泡沫炭为骨架、以导电高分子化合物为导热/导电增强介质、以无机-有机复合相变材料为储能和电阻调节介质的复合材料；当材料温度在40～90℃范围内波动时，其电阻随温度的升高线性减小、随温度的降低线性增大；当材料温度低于40℃时，储能介质的相变过程会引起材料电阻的突变，可根据电阻的突变状态探查材料的储能状态。
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