JP7226834B2 - フレキシブル光電及び光熱二重反応性相変化生地の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)炭素繊維生地上で金属有機骨格を原位置合成し、炭素繊維生地@MOF担体を得る。
(2)工程1で製造した炭素繊維生地@MOF担体を、40~200℃の条件下で2~10時間真空引きした後、相変化材の溶液の中に置く。ただし、炭素繊維生地@MOF担体の質量と溶液中の相変化材の質量との比は、1:9以上とする。次に、相変化材の相転移温度の条件下で乾燥させ、炭素繊維生地@MOF複合相変化材を得る。
2)炭素繊維生地を電子伝動パスとして、電気エネルギーを熱エネルギーに急速に変換することを実現することができるとともに、炭素繊維生地フレキシブルベースは、材料の連続性と構造完全性を保障し、光電及び光熱二重反応性相変化材の適用範囲を広げる。
3)多段孔構造MOFを蓄エネルギーユニットとし、細孔の表面張力、毛細作用力または水素結合作用力を利用し、相変化コア材を細孔の中に効果的にパッケージし、炭素繊維生地材料がエネルギーを蓄えることができないという核心的な問題を効果的に解決する。
4)本発明で提供する製造方法は簡単で、光/電熱性能がよく、構造完全性が強く、コア材の選択が多様で、循環安定性がよく、量産に適している。
(1)炭素繊維生地@MOF-5担体材料の製造:
2cm×3cmの炭素繊維生地を濃HNO3溶液30mLの中に含浸し、100℃で3時間反応させた後、真空で24時間乾燥させ、活性化した炭素繊維生地を得た。活性化した炭素繊維生地(2cm×3cm)を、硝酸亜鉛六水和物0.743gおよびテレフタル酸0.207gを含有するDMF溶剤25mLの中に置き、50mL反応釜の中に入れた。120℃で10時間反応させた後、DMFで3回ろ過洗浄し、80℃で24時間乾燥させ、炭素繊維生地@MOF-5担体材料を得た。
製造した上記炭素繊維生地@MOF-5(2cm×3cm)担体材料を、120℃の条件下で8時間真空引きし、素体の細孔を完全に開いた。PEG2000 0.18gをエタノール20mLの中に溶解し、均一な相変化材溶液を得た。次に、準備しておいた相変化材溶液の中に担体材料を入れた後、80℃のオーブンの中に置いて24時間乾燥させ、PEG2000/炭素繊維生地@MOF-5光電及び光熱二重反応性相変化材を得た。
(1)炭素繊維生地@IRMOF-3担体材料の製造:
2cm×3cmの炭素繊維生地を濃HNO3溶液30mLの中に含浸し、100℃で3時間反応させた後、真空で24時間乾燥させ、活性化した炭素繊維生地を得た。活性化した炭素繊維生地(2cm×3cm)を、硝酸亜鉛六水和物0.892gおよび2-アミノテレフタル酸0.181gを含有するDMF溶剤30mLの中に置き、50mL反応釜の中に入れた。100℃で24時間反応させた後、DMFで3回ろ過洗浄し、80℃で24時間乾燥させ、炭素繊維生地@IRMOF-3担体材料を得た。
製造した上記炭素繊維生地@IRMOF-3(2cm×3cm)担体材料0.25gを、120℃の条件下で8時間真空引きし、素体の細孔を完全に開いた。オクタデカン酸0.25gをエタノール20mLの中に溶解し、均一な相変化材溶液を得た。次に、準備しておいた相変化材溶液の中に担体材料を入れた後、80℃のオーブンの中に置いて24時間乾燥させ、オクタデカン酸/炭素繊維生地@IRMOF-3光電及び光熱二重反応性相変化材を得た。測定結果からわるように、このフレキシブル導電相変化生地は、1 Sun(疑似太陽光)の光の強度の下で300s以内に102℃まで昇温することができ、かつ3.2Vの励起電圧の下で58s以内に熱の貯蔵と変換を実現することができたとともに、そのせん断強度は純炭素繊維生地よりも46.2%上昇した。
(1)炭素繊維生地@MIL-101(Cr)-NH2担体材料の製造:
2cm×3cmの炭素繊維生地を濃HNO3溶液30mLの中に含浸し、100℃で3時間反応させた後、真空で24時間乾燥させ、活性化した炭素繊維生地を得た。活性化した炭素繊維生地(2cm×3cm)を、硝酸クロム(III)九水和物1.6g、2-アミノテレフタル酸0.72gおよびNaOH 0.4gを含有する脱イオン水30mLの中に置き、50mL反応釜の中に入れた。150℃で24時間反応させた後、DMFで3回ろ過洗浄し、80℃で24時間乾燥させ、炭素繊維生地@MIL-101(Cr)-NH2担体材料を得た。
製造した上記炭素繊維生地@MIL-101(Cr)-NH2(2cm×3cm)担体材料を、120℃の条件下で8時間真空引きし、素体の細孔を完全に開いた。オクタデカン酸0.20gをエタノール20mLの中に溶解し、均一な相変化材溶液を得た。次に、準備しておいた相変化材溶液の中に担体材料を分散させ入れた後、80℃のオーブンの中に置いて24時間乾燥させ、オクタデカン酸/炭素繊維生地@MIL-101(Cr)-NH2光電及び光熱二重反応性相変化材を得た。測定結果からわるように、このフレキシブル導電相変化生地は、1 Sun(疑似太陽光)の光の強度の下で300s以内に116℃まで昇温することができ、かつ2.8Vの励起電圧の下で69s以内に熱の貯蔵と変換を実現することができたとともに、そのせん断強度は純炭素繊維生地よりも52.6%上昇した。
Claims (5)
- 炭素繊維生地と、炭素繊維上で成長した金属有機構造体と、前記金属有機構造体中に吸着した相変化材とを含むことを特徴とするフレキシブル光電及び光熱二重反応性相変化生地。
- 相変化材は、ポリオール系、脂肪酸系、直鎖アルカンから選ばれる1種または複数種の任意の組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル光電及び光熱二重反応性相変化生地。
- 前記ポリオール系は、平均分子量は1000~20000のポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトールを含み、前記脂肪酸系は、ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、カプリン酸、セバシン酸を含み、前記直鎖アルカンは、ヘキサデカン、デカン、テトラデカン、オクタデカンを含むことを特徴とする請求項2に記載のフレキシブル光電及び光熱二重反応性相変化生地。
- 請求項1に記載のフレキシブル光電及び光熱二重反応性相変化生地の製造方法であって、
(1)炭素繊維生地上で金属有機骨格を原位置合成し、炭素繊維生地@MOF担体を得る工程と、
(2)工程1で製造した炭素繊維生地@MOF担体を、40~200℃の条件下で2~10時間真空引きした後、炭素繊維生地@MOF担体の質量と溶液中の相変化材の質量との比を1:9以上として相変化材の溶液の中に置き、次に、相変化材の相転移温度の条件下で乾燥させ、炭素繊維生地@MOF複合相変化材を得る工程とを含むことを特徴とするフレキシブル光電及び光熱二重反応性相変化生地の製造方法。 - 前記工程(1)は、
炭素繊維生地を濃HNO3溶液30mLの中に含浸し、100℃で3時間反応させた後、真空で24時間乾燥させ、活性化した炭素繊維生地を得てから、
活性化した炭素繊維生地を、可溶性金属塩と有機カルボン酸配位子のモル比を2:1として可溶性金属塩と有機カルボン酸配位子を含有するDMFまたは水溶液の中に浸漬し、100~200℃で50mL反応釜で12~48時間反応させ、N,N-ジホルムアミド(DMF)で3回ろ過洗浄し、副生成物および不純物を除去し、60~150℃で4~48時間乾燥させ、炭素繊維生地@MOF担体材料を得るものであることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
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