CN110283573A - 一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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杨超
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Abstract

本发明公开了一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用，复合相变材料包括相变材料和石墨烯，相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)，复合相变材料的相变温度为54～62℃，熔化热为200～220J/g，密度为0.9g/cm3。本发明设计简单，制作流程无需真空等苛刻环境，可降低成本且更加安全，可以大批量规模化生产，利用微波对保温杯进行快速加热并储存大量热能，满足日常对饮品的保温需求，保温时间长，节约成本，且无任何附加装置。

Description

一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于新型碳材料技术领域，具体涉及一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用。
背景技术
石墨烯是由碳原子通过SP2杂化构成的单原子层厚度的二维纳米材料，由于其比表面积大、超薄、界面大、透光率高、可调谐导电等独特的结构和物理化学性质，石墨烯在许多领域都有着潜在应用，尤其在吸波领域，石墨烯的优良性质决定了它的广泛用途。与此同时，在全球环境污染和能源短缺的问题十分严峻的情况下，提高能源效率和利用率，解决能源供需缺口的热能储存系统是近年来研究的热点。更具体地说，以具有较高的潜热储热密度和几乎恒定的相变温度的相变材料为储能介质的潜热储能系统，是储热领域的研究热点。
石墨烯的高阻抗匹配特性可以促使能量从相邻态向费米能级的及时转化，这些都有利于石墨烯的吸波性能，在相变材料的包围下，石墨烯纳米颗粒形成的错综复杂的网状结构自发且强烈地响应入射微波，由于其巨大的电阻-电感-电容耦合电路，时变电场感应电流在电路网络中迅速衰减并转换成热能。在这个过程中入射电磁波能迅速转变为热能。
相变材料作为潜热储存的介质，在一定温度范围内，发生固相和液相的转变，在这个过程中，材料吸收大量的热量，具有高的潜热储存能力，能够存储比具有相同体积的显热材料(水，油等)储存更多的能量，并且其在固相和液相转变，即吸收或者释放热能时，可以保持温度几乎恒定。这种高储热能力和恒温性能在节能减排中有极大的应用空间。
然而，在石墨烯吸波领域和储热领域的交叉应用却鲜有研究。石墨烯对微波优异的吸收性能使得石墨烯在微波能转化热能领域有得天独厚的优势，有相关文献提到，石墨烯的吸波性能越优秀，相应的转换成热能的能力就越强。而添加了石墨烯的相变材料也具有比普通相变材料更优异的热循环稳定性和高导热性。
目前，市场上绝大部分保温杯均采用真空隔绝热对流技术，该技术对杯内胆及外壳要求极高，也就导致真空保温杯成本居高不下，并且一旦破坏了真空环境，保温杯便立即失去保温性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，利用石墨烯等吸波材料优良的吸波转换为热能的能力，结合石蜡等相变材料的高潜热储热密度和几乎恒定的相变温度，创造性地提供一种微波加热储能用复合相变材料及其制备方法和应用。
本发明采用以下技术方案：
一种微波加热储能用复合相变材料，复合相变材料包括相变材料和石墨烯，相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)，复合相变材料的相变温度为54～62℃，熔化热为200～220J/g，密度为0.9g/cm3。
具体的，相变材料为石蜡、三水合醋酸钠或八水合氢氧化钡。
具体的，复合相变材料使用功率800～1500w的微波加热20～40s。
本发明的另一个技术方案是，一种复合相变材料的制备方法，取相变材料作为原料，置于快速加热装置中，然后加入石墨烯，使用电磁搅拌器搅拌至完全分散，经自然冷却后制成复合相变材料。
具体的，石墨烯为膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、3D石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和CVD石墨烯中的一种或多种组合。
进一步的，石墨烯为粉体或薄膜，石墨烯的层数是单层、寡层或多层。
具体的，快速加热装置包括电磁加热板和水浴加热器，温度为80～100℃，加热时间为5～15min。
本发明的另一个技术方案是，微波加热储能用复合相变材料应用于保温杯。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种微波加热储能用复合相变材料，利用微波能量，使石墨烯自内部开始发热并于短时间内达到高温，并且快速加热相变材料，使复合材料迅速由固相转变为液相，并储存由石墨烯转换为热能的微波能，作为保温杯保温材料对保温杯内储藏液体(饮用水，牛奶等)进行保温。另外，在不使用微波时，保温杯内储热复合材料可以吸收来自储藏液体(饮用水，牛奶等)的热量，并由固相转变为液相，以使保温杯内饮品的温度长时间保持在复合相变材料的相变温度，如石蜡的相变温度约58℃。
进一步的，复合相变材料可以改变石墨烯等吸波材料的配比，改变吸收微波以发生相变所需的时间。
本发明一种复合相变材料的制备方法，制备过程简单方便，无需抽真空或设置电路，使用材料安全无毒，能够进一步激励吸波领域和储热领域的交叉发展，对我国科技进步有重大意义。
进一步的，使用的石墨烯包括膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、3D石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和CVD石墨烯，可根据实际应用环境，具体成本预算等因素考虑使用不同种类的石墨烯，以达到吸收微波的目的。
进一步的，考虑到石墨烯的吸波原理，使用的石墨烯的层数是单层、寡层或多层，利用单层石墨烯的自吸波性质和多层石墨烯形成的巨大的电阻-电感-电容耦合电路，均可达到将微波能转变为热能的目的。
进一步的，设置快速加热装置可以使石蜡等相变材料安全、稳定、快速地由固相转变为液相，从而与石墨烯等吸波材料充分完全的混合。
本发明应用于保温杯，保温杯内储热复合材料可以吸收来自储藏液体(饮用水，牛奶等)的热量，并由固相转变为液相，以使保温杯内饮品的温度长时间保持在复合相变材料的相变温度，如石蜡的相变温度约58℃。
综上所述，本发明设计简单，制作流程无需真空等苛刻环境，可降低成本且更加安全，可以大批量规模化生产，利用微波对保温杯进行快速加热并储存大量热能，满足日常对饮品的保温需求，保温时间长，节约成本，且无任何附加装置。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实例中复合相变材料的固相；
图2为本发明实例中复合相变材料的液相；
图3为本发明实例中复合相变材料的固液混合相；；
图4为本发明实施例1保温时间的趋势图；
图5为本发明设计的保温杯；
图6为发明实施例2保温时间的趋势图。
其中：1.杯体；2.复合相变材料；3.杯盖。
具体实施方式
本发明结合石墨烯的吸波性能和相变材料的储热性能，首次提出结合石墨烯等吸波材料吸波性能和石蜡等相变材料的复变性能作为保温杯的保温材料，具体的，通过控制石墨烯等吸波材料与石蜡材料等相变材料的配比；调整复合相变材料的微波加热时间；将复合相变材料置于保温杯内胆与外壁之间，充分密封制成保温杯。
请参阅图5，为本发明一种电磁加热保温杯，保温杯整体包括杯体1和杯盖3，杯盖3安装在杯体1的上端，杯体1内填充有复合相变材料2，通过调整复合相变材料2的微波加热时间实现保温储能。
复合材料2相变温度约为54～62℃，熔化热约200～220J/g，密度约0.9g/cm3，其优秀的储热能力和低密度，是优秀的保温储能材料。使用功率800～1500w的微波炉微波加热20～40s。
本发明一种储热用复合相变材料的制备方法，以吸波材料与相变材料构成的复合相变材料快速加热并储热保温，具体为：
取相变材料作为原料，置于快速加热装置中，然后加入石墨烯，使用电磁搅拌器搅拌至完全分散，经自然冷却后制成复变相变材料。
快速加热装置包括但不限于电磁加热板，水浴加热器等加热装置，在80～100℃下加热5～15min使相变材料完全由固态转变为液态。
石墨烯为膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、3D石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和CVD石墨烯中的一种或多种组合或其他类似吸波材料。
相变材料包括石蜡、三水合醋酸钠或八水合氢氧化钡。相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)。
优选的，石墨烯原料的层数是单层、寡层或多层，石墨烯原料的形式为粉体或薄膜。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.取30g石蜡和0.3g石墨烯作为原料在加热情况下用电磁搅拌器使其充分混合，待其冷却后准备放入微波炉中测试；复合相变材料冷却后如图1所示；
2.设定微波时间20s，功率800w，微波结束后，可以看到本发明中复合相变材料完全转变为液相，储存了大量热量；复合相变材料液相如图2所示；
3.观测本发明中复合相变材料的冷却过程并记录其温度变化曲线。冷却放热过程中复合相变材料固液混合相状态如图3所示，温度变化曲线如图4所示。
实施例2
1.取30g水合盐八水合氢氧化钡和1.5g石墨烯作为原料在加热情况下用电磁搅拌器使其充分混合，待其冷却后准备放入微波炉中测试；
2.设定微波时间30s，功率1000w，微波结束后，可以看到本发明中复合相变材料完全转变为液相，储存了大量热量。
实施例3
1.取30g水合盐三水合醋酸钠和0.3g石墨烯作为原料在加热情况下用电磁搅拌器使其充分混合，待其冷却后准备放入微波炉中测试；
2.设定微波时间40s，功率1500w，微波结束后，可以看到本发明中复合相变材料完全转变为液相，储存了大量热量；
3.观测本发明中复合相变材料的冷却过程并记录其温度变化曲线，温度变化曲线如图6所示。
上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微波加热储能用复合相变材料，其特征在于，复合相变材料包括相变材料和石墨烯，相变材料和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.05)，复合相变材料的相变温度为54～62℃，熔化热为200～220J/g，密度为0.9g/cm3。
2.根据权利要求1所述的微波加热储能用复合相变材料，其特征在于，相变材料为石蜡、三水合醋酸钠或八水合氢氧化钡。
3.根据权利要求1或2所述的微波加热储能用复合相变材料，其特征在于，复合相变材料使用功率800～1500w的微波加热20～40s用于储能。
4.一种制备如权利要求1所述复合相变材料的方法，其特征在于，取相变材料作为原料，置于快速加热装置中，然后加入石墨烯，使用电磁搅拌器搅拌至完全分散，经自然冷却后制成复合相变材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，石墨烯为膨胀石墨、热剥离石墨烯、机械剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、高温碳化石墨烯、3D石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和CVD石墨烯中的一种或多种组合。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，石墨烯为粉体或薄膜，石墨烯的层数是单层、寡层或多层。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，快速加热装置包括电磁加热板和水浴加热器，温度为80～100℃，加热时间为5～15min。
8.根据权利要求1所述微波加热储能用复合相变材料在保温杯中的应用。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111171318A (zh) * 2020-02-07 2020-05-19 西安交通大学 一种氮化硼石墨烯聚酰亚胺复合吸波导热材料制备方法及应用
CN111748322A (zh) * 2020-07-29 2020-10-09 中国科学院过程工程研究所 一种批量自动化生产相变储热材料的系统装置及方法
WO2021000585A1 (zh) * 2019-07-03 2021-01-07 西安交通大学 一种微波加热储能用复合相变材料及其制备和储能方法
CN113382623A (zh) * 2021-06-18 2021-09-10 西安交通大学 一种热、电磁多功能防护器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105982481A (zh) * 2015-02-12 2016-10-05 苏州伟纳节能科技有限公司 一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器
CN206443532U (zh) * 2016-11-17 2017-08-29 陈鹏 一种固、液复合相变速降温微波加热恒温杯
CN207236229U (zh) * 2017-08-15 2018-04-17 北京航天新材科技有限公司 一种相变保暖鞋
CN108209425A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 北京航天新材科技有限公司 一种相变控温杯具
CN207898585U (zh) * 2017-06-01 2018-09-25 赖可人 一种微波加热暖手宝

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105982481A (zh) * 2015-02-12 2016-10-05 苏州伟纳节能科技有限公司 一种利用相变材料对温度进行自动调控的恒温容器
CN206443532U (zh) * 2016-11-17 2017-08-29 陈鹏 一种固、液复合相变速降温微波加热恒温杯
CN207898585U (zh) * 2017-06-01 2018-09-25 赖可人 一种微波加热暖手宝
CN207236229U (zh) * 2017-08-15 2018-04-17 北京航天新材科技有限公司 一种相变保暖鞋
CN108209425A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 北京航天新材科技有限公司 一种相变控温杯具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
饶中浩等: "《相变储能实验与分析》", 31 August 2018, 中国矿业大学出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021000585A1 (zh) * 2019-07-03 2021-01-07 西安交通大学 一种微波加热储能用复合相变材料及其制备和储能方法
CN111171318A (zh) * 2020-02-07 2020-05-19 西安交通大学 一种氮化硼石墨烯聚酰亚胺复合吸波导热材料制备方法及应用
CN111171318B (zh) * 2020-02-07 2021-08-13 西安交通大学 一种氮化硼石墨烯聚酰亚胺复合吸波导热材料制备方法及应用
CN111748322A (zh) * 2020-07-29 2020-10-09 中国科学院过程工程研究所 一种批量自动化生产相变储热材料的系统装置及方法
CN111748322B (zh) * 2020-07-29 2024-02-13 中国科学院过程工程研究所 一种批量自动化生产相变储热材料的系统装置及方法
CN113382623A (zh) * 2021-06-18 2021-09-10 西安交通大学 一种热、电磁多功能防护器及其制备方法
CN113382623B (zh) * 2021-06-18 2022-10-28 西安交通大学 一种热、电磁多功能防护器及其制备方法

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