CN110305633A

CN110305633A - 一种暖宝宝

Info

Publication number: CN110305633A
Application number: CN201910592628.8A
Authority: CN
Inventors: 韩晓刚; 杨超; 杨恒瑞; 吴晓东; 张凡; 王�琦
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2019-10-08

Abstract

本发明公开了一种暖宝宝，包括内胆，内胆内设置有石蜡/石墨烯复合相变材料，通过微波加热实现保温储能。通过微波对设置在其内胆中的复合相变材料进行储热，受热均匀，加热时间短，只需要几分钟甚至几十秒钟，方便用户使用，且可多次重复利用，具有广阔的应用前景。

Description

一种暖宝宝

技术领域

本发明属于暖宝宝技术领域，具体涉及一种安全、方便、可反复使用的暖宝宝。

背景技术

暖宝宝是日常生活中常见的一种产品，它有效解决了寒冷季节人们对保暖的需求。目前市场上的暖宝宝部分利用化学反应获得热量，该类暖宝宝为一次性产品，存在污染环境、浪费资源的问题；部分暖宝宝内部设置有电路，其结构相对复杂，内胆加热时受热不均匀，有时还会出现膨胀过度的现象，存在一定的安全隐患。

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，提供一种安全、方便、可反复使用的暖宝宝，通过微波对复合相变材料进行储热，可使暖宝宝中的蓄热材料(石蜡/石墨烯复合相变材料)受热均匀，加热时间短，只需要几分钟甚至几十秒钟，方便用户使用，且可多次重复利用，具有广阔的应用前景。

本发明采用以下技术方案：

一种暖宝宝，包括内胆，内胆内设置有石蜡/石墨烯复合相变材料，通过微波加热实现保温储能。

具体的，石蜡/石墨烯复合相变材料经微波加热后的熔点为56～85℃。

进一步的，微波加热的功率为800～900W，时间为20～35s。

具体的，石蜡/石墨烯复合相变材料中的石墨烯包括热剥离石墨烯、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石墨烯中的至少一种。

进一步的，石墨烯的层数是单层、寡层或多层。

进一步的，石墨烯为粉体。

具体的，石蜡/石墨烯复合相变材料中，石蜡和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.03)。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种暖宝宝，内部只有石蜡和石墨烯，没有电路，结构简单，使用安全；同时，采用微波加热的方式，一方面由于石蜡熔点低(58℃左右)，不会发生温度过高、烫伤使用者的情况，另一方面可使暖宝宝受热均匀，不同位置温度一致，增强了保暖效果；此外，该暖宝宝可多次反复使用，寿命长。

进一步的，石蜡石墨烯的质量比设置是通过实验测定比较最终得到的，如果石墨烯含量太少，在微波中加热效果不明显，温度上升太慢；如果石墨烯含量太多，例如5％左右，在微波中会出现刺鼻的白烟，即石蜡烟雾。综合比较可得，石墨烯含量在1％～3％之间最为合适。

进一步的，石蜡储热能力强，无毒无腐蚀，价格低廉，导热率低的特性通过添加高导热系数(5300W/(m*K))的石墨烯得以提升，因此复合材料兼具两种材料的优点，可以快速导热，持久储热。

进一步的，石蜡熔点低，为58℃左右，微波加热30s达到80℃，而且会迅速降温至熔点附近的温度，不会发生温度过高，烫伤使用者的情况；微波加热均匀，材料各个位置同时受热，温度一致，增强了保暖效果；材料可多次反复储热，寿命长。

进一步的，石蜡在常温下是固态，需要100℃水浴加热使之快速变为熔融状态，添加石墨烯后在高于熔点(60℃)的环境下进行充分搅拌能使石墨烯良好的分散在石蜡中间，制备方法简便，要求仪器少，容易操作。

综上所述，本发明通过微波对材料进行储热，结构简单，使用安全，能量利用率高，耗时短，不会损伤材料，具有非常大的优点。

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为本发明实施例2提供的暖宝宝中复合相变材料相变过程状态图；

图2为本发明实施例1提供的暖宝宝中复合相变材料微波30s后温度随时间变化图；

图3为本发明提供的暖宝宝示意图，其中，(a)为内胆，(b)为外包套。

其中，1.系带；2.口袋；3.内胆。

具体实施方式

请参阅图3，一种暖宝宝，包括系带1、口袋2和内胆3，内胆3的内部设置有石蜡/石墨烯复合相变材料，微波加热后石蜡/石墨烯复合相变材料的熔点为56～85℃，内胆3设置在口袋2内，口袋2的一端设置有系带1。

石蜡/石墨烯复合相变材料制成的内胆为砖块状，长宽高分别为25cm×15cm×2cm，容量为750mL，使用时将由相变材料制成的内胆3放入微波加热20～35s，放入外包套的口袋2，即可使用；如有需要，外包套的长条系带1可以系在腰间。

储热技术主要用于热能供应，先进的储热技术能够提高能源的利用效率，减少能量的损失，有利于热能的“随需随供”。相变储能是蓄热材料通过处理发生相变，把获得的能量储存在材料中，当需要能量时，使蓄热材料再次相变，把储存的能量以热能形式释放，供应用热端使用。

本发明一种暖宝宝中石蜡/石墨烯复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、取质量为A g的相变材料，100～120℃下加热熔化；

S2、称取质量为B g的石墨烯，边搅拌边将其添加进融化的石蜡中，充分搅拌10-15min，石墨烯分散均匀后制得复合相变材料。

制备方法简便，要求仪器少，容易操作，适合工业化生产。

本发明制备的复合相变材料母体为石蜡，石蜡和石墨烯的质量比(A:B)为1:(0.01～0.03)，制得的复合相变材料的熔点范围为56～85℃，在微波环境下加热20～35s，可实现快速储热。

需要说明的是，由于石蜡与石墨烯的质量比不同，制得的复合相变材料的熔点会相应发生变化，其熔点范围为56～85℃。

需要说明的是，石蜡有很强的蓄热能力，没有析出现象，且具有无毒，无腐蚀，方便得到，价格便宜等优点。但是石蜡的主要缺点是导热率太低，容易出现受热不均匀的现象，导致储热时间很长，消耗能量多，限制了其大量使用。通过将石蜡与具有高导热系数的石墨烯复合得到石蜡/石墨烯复合相变材料，兼具石蜡和石墨烯的优点，可实现快速导热，持久储热。

石蜡在常温下是固态，需要高温(100-120℃)加热使之快速变为熔融状态，在熔融状态的石蜡中添加石墨烯后充分搅拌，可使石墨烯良好的分散于石蜡中，从而制得均匀的石蜡/石墨烯复合相变材料。

进一步的，石蜡与石墨烯的质量比是通过实验测定比较最终得到的，如果石墨烯含量太少，在微波中加热效果不明显，温度上升太慢；如果石墨烯含量太多，例如5％左右，在微波中会出现刺鼻的白烟，即石蜡烟雾。综合比较可得，石墨烯与石蜡的质量比为(0.01-0.03)：1最为合适。

在此，需要说明的是，10层以内的石墨薄片统称为石墨烯；由一层石墨薄片组成的石墨烯称为单层石墨烯；由2-4层石墨薄片组成的石墨烯称为寡层石墨烯；由5-10层石墨薄片组成的石墨烯称为多层石墨烯。

将复合相变材料放入微波环境中进行储热，时间设置为20-35s；取出后可以观察到复合相变材料发生相变，即可进行供热；将装有复合相变材料的保温袋内胆放入保温外护套中即可。

综上所述，为了增强石蜡的导热性，本发明采用添加石墨烯增强其导热能力。石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/(m*K)，是目前为止导热系数最高的碳材料。随着科学研究的不断发现，目前可以制备石墨烯的方法层出不穷，成本也在逐渐降低，因此石墨烯作为掺杂材料非常有应用前景。通过掺杂分布在石蜡中，可以大大增强石蜡的导热性能。以该复合相变材料作为暖宝宝的内胆，在实验室中，材料含量为30g时，可提供45分钟的保暖效果，将材料含量增加时，相应的，保暖效果会延长至几小时。

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

本实施例提供一种暖宝宝，包括：系带、口袋和内胆，内胆设置在口袋内，系带设置在口袋的一端，内胆的内部设置有复合相变材料。其中，复合相变材料的制备过程如下：

(1)取质量为30g的石蜡进行粉碎处理，100℃下加热使之熔化；

(2)称取单层石墨烯0.3g，边搅拌边将其添加进融化的石蜡中；

(3)在搅拌器上充分搅拌10min，使得石墨烯均匀的分散在石蜡中，得到复合相变材料。

实施例2

(1)取质量为30g的石蜡进行粉碎处理，110℃下加热使之熔化；

(2)称取热剥离石墨烯0.6g，边搅拌边将其添加进融化的石蜡中；

(3)在搅拌器上充分搅拌12min，使得石墨烯均匀的分散在石蜡中，得到复合相变材料。

实施例3

(1)取质量为30g的石蜡进行粉碎处理，120℃下加热使之熔化；

(2)称取氧化石墨烯0.9g，边搅拌边将其添加进融化的石蜡中；

(3)在搅拌器上充分搅拌15min，使得石墨烯均匀的分散在石蜡中，得到复合相变材料。

实施例4

(1)取质量为40g的石蜡进行粉碎处理，100℃下加热使之熔化；

(2)称取液相剥离石墨烯0.8g，边搅拌边将其添加进融化的石蜡中；

(3)在搅拌器上充分搅拌13min，使得石墨烯均匀的分散在石蜡中，得到复合相变材料。

实验例

将上述实施例得到的复合相变材料进行保温性能测试，具体步骤为：将实施例1-4中制备得到的复合相变材料放入微波炉分别加热20s、30s、35s、32s后取出，随后在37℃(人体温度)的条件下进行保温实验，测试其温度，结果如表1所示。

表1：实验例保温性能测试结果

其中，请参阅图1，为本发明实施例2提供的暖宝宝中复合相变材料的相变过程。掺杂石墨烯的石蜡块在常温下是固态，在微波炉中加热30s，变为液态，储存热量，用于保温，在与人体温度一致的环境存放一段时间后，冷却凝固。

请参阅图2，为本发明实施例1提供的暖宝宝中复合相变材料的温度随时间变化图，可看到：

1)、微波30s后，温度可以达到80℃，此温度不会对人体造成烫伤；

2)、在0～32分钟的时间内，温度始终保持在50℃以上，保温性能良好；

3)、45分钟后温度降低至37℃，即人体温度。

以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

1.一种暖宝宝，其特征在于，包括内胆，内胆内设置有石蜡/石墨烯复合相变材料，通过微波加热实现保温储能。

2.根据权利要求1所述的暖宝宝，其特征在于，石蜡/石墨烯复合相变材料经微波加热后的熔点为56～85℃。

3.根据权利要求2所述的暖宝宝，其特征在于，微波加热的功率为800～900W，时间为20～35s。

4.根据权利要求1所述的暖宝宝，其特征在于，石蜡/石墨烯复合相变材料中的石墨烯包括热剥离石墨烯、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石墨烯中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的暖宝宝，其特征在于，石墨烯的层数是单层、寡层或多层。

6.根据权利要求4所述的暖宝宝，其特征在于，石墨烯为粉体。

7.根据权利要求1所述的暖宝宝，其特征在于，石蜡/石墨烯复合相变材料中，石蜡和石墨烯的质量比为1:(0.01～0.03)。