CN115305059A - 一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法和应用，属于复合相变材料技术领域。具体是通过水热法制备三维石墨烯气凝胶，然后利用熔融浸渍法将十六胺液体与三维石墨烯气凝胶进行复合，即得到十六胺三维石墨烯复合材料。该方法得到的相变材料潜热值能够达到280kj/kg。
Description
技术领域
本发明属于复合相变材料技术领域，具体涉及一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济的发展，能源的消耗也急剧增加，提高能源利用率势在必行。能源储存缩短了能源供应与能源需求之间的差距，同时提高了能源系统的可靠性，并且节约了一次能源，提高了能源利用率，减少了对环境的影响。
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源，然而，太阳能的间歇性和随机性往往会导致供需在空间和时间上的不匹配，降低太阳能的利用率。不仅如此，目前某些其他可利用能源的利用率也比较低，比如工业冶金过程中产生的低温余热，该余热经过热能存储技术回收后可得到丰富的热能，从而提高能源利用率。然而，目前用于热能存储技术的材料还很少，而且大部分用于热能存储方面的材料储存的热量比较低，一般在100kj/kg到200kj/kg左右。因此，开发一种具有高潜热、高导热的相变材料是目前亟需解决的重要问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法和应用，该方法得到的材料具有高潜热和高热导率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法，包括以下步骤：通过水热法制备三维石墨烯气凝胶，然后利用熔融浸渍法将十六胺液体与三维石墨烯气凝胶进行复合，即得到十六胺三维石墨烯复合材料。
进一步地，用所述水热法制备三维石墨烯气凝胶的具体步骤为：配制氧化石墨烯分散液，用氨水调整pH至8-10，超声分散30min，然后在100℃-180℃下保温12-24h，干燥，即得三维石墨烯气凝胶。
进一步地，所述熔融浸渍法具体为：将十六胺加热熔化为十六胺液体，然后倒入三维石墨烯气凝胶中，在50-90℃下保温1-36h。
进一步地，所述三维石墨烯气凝胶与十六胺液体的质量比为1:(1-200)。优选为1:58。
本发明还提供一种利用上述制备方法制备得到的十六胺三维石墨烯复合材料。
本发明还提供一种十六胺三维石墨烯复合材料作为储能材料的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过水热法制备三维石墨烯气凝胶，然后利用熔融渗渍法将十六胺液体渗入三维石墨烯气凝胶当中，三维石墨烯作为骨架承载十六胺。三维石墨烯气凝胶具有丰富的孔洞，高弹性，三维石墨烯气凝胶的质量只有同等体积空气质量的六分之一，但是能够承载远高自身质量几千倍的物质。十六胺具有高潜热，将两者组合到一起，能够得到具有高潜热、高热导率的相变材料。当三维石墨烯和十六胺复合到一起时，三维石墨烯具有高导热性以及相互连接的碳骨架，当十六胺被装入三维石墨烯时，导热性得到了明显的改善。在传热过程中，由于相互连接的三维蜂窝状碳的存在，热传导沿着碳骨架快速而有效的进行，复合材料的热传导率得到显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备的三维石墨烯气凝胶扫描图；
图2为实施例2制备的十六胺三维石墨烯复合材料扫描图；
图3为实施例2制备的十六胺和十六胺三维石墨烯复合材料的DSC测试图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
制备三维石墨烯气凝胶：
将0.2g氧化石墨烯加入到去离子水中制备50ml的4mg/ml的氧化石墨烯分散液，加入少许氨水，将pH调节至8，然后将氧化石墨烯分散液超声分散30min，再放到反应釜当中，180℃下保温24h，得到三维石墨烯水凝胶，然后将三维石墨烯水凝胶冷冻干燥48h，即得到三维石墨烯气凝胶。
图1为本实施例制备的三维石墨烯气凝胶在200nm下的扫描图，从图中可以看出，三维石墨烯气凝胶具有大量的孔洞。
实施例2
三维石墨烯气凝胶的制备方法同实施例1。
制备十六胺/三维石墨烯复合材料：
将290mg的十六胺放置到80℃的烘箱里直至十六胺熔化为液体，然后取5mg三维石墨烯气凝胶放入十六胺液体中，在80℃下保温24h，待石墨烯气凝胶将十六胺液体全部吸收后取出冷却至室温，即得到十六胺/三维石墨烯复合材料。此时三维石墨烯与十六胺的比例为1：58。
图2为本实施例制备的十六胺/三维石墨烯复合材料在500nm下的扫描图，从图中可以看出，十六胺填充了三维石墨烯大多数的孔洞。
图3为本实施例制备的十六胺和十六胺三维石墨烯复合材料的DSC测试图，根据差示扫描量热法得到DSC曲线，将曲线在软件中转换为热流率与时间的转换图，然后对各个峰面积进行积分，得到材料潜热数据，十六胺的潜热为270kj/kg，而十六胺/三维石墨烯的潜热为280kj/kg，导热值为0.4687W/mK。说明本发明制备的十六胺/三维石墨烯复合材料具有高潜热的特性。
实施例3
同实施例2，区别在于，三维石墨烯与十六胺质量比为1：38。得到的复合材料的潜热为230kj/kg，导热值为0.3555W/mK。
对比例1
同实施例2，区别在于，将三维石墨烯气凝胶替换成多孔结构二氧化硅。结果发现，制备得到的复合材料的潜热为210kj/kg，导热值为0.2468W/mK。
将实施例2与对比例1制备的复合材料分别循环使用200次，结果发现，实施例2制备的十六胺/三维石墨烯复合材料潜热值、导热值基本不变，对比例1制备的复合材料潜热值降至205kj/kg，导热值为0.24W/mK。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种十六胺三维石墨烯复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过水热法制备三维石墨烯气凝胶，然后利用熔融浸渍法将十六胺液体与三维石墨烯气凝胶进行复合，即得到十六胺三维石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，用所述水热法制备三维石墨烯气凝胶的具体步骤为：配制氧化石墨烯分散液，调整pH至8-10，超声分散，然后在100℃-180℃下保温12-24h，干燥，即得三维石墨烯气凝胶。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融浸渍法具体为：将十六胺加热熔化为十六胺液体，然后倒入三维石墨烯气凝胶中，在50-90℃下保温1-36h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三维石墨烯气凝胶与十六胺液体的质量比为1:(1-200)。
5.一种如权利要求1-4任一项所述制备方法得到的十六胺三维石墨烯复合材料。
6.一种如权利要求5所述的十六胺三维石墨烯复合材料作为储能材料的应用。
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