專利名稱：一種石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于相變儲能系統(tǒng)的具有高穩(wěn)定性和高導(dǎo)熱系數(shù)的相變蓄熱材料，具體 涉及一種截斷成具有適中長徑比的碳納米管分散在母體石蠟中的納米復(fù)合相變蓄熱材料及制 備方法。
背景技術(shù)：
隨著能源環(huán)境形勢的日益嚴峻，迫切需要在高效能源、節(jié)能技術(shù)、清潔能源和可再生環(huán) 保型能源等領(lǐng)域取得進展。相變儲能是提高能源利用效率和保護環(huán)境的重要技術(shù)，是緩解能 量供求雙方在時間、強度及地點上不匹配的有效方式。相變材料(PCM)是相變儲能技術(shù)的 核心。
目前，絕大多數(shù)無機物PCM具有腐蝕性而且在相變過程中具有過冷和相分離的缺點，限 制其應(yīng)用領(lǐng)域；而有機PCM腐蝕性小、在相變過程中幾乎沒有過冷和相分離的缺點，且化學(xué) 性能穩(wěn)定、價格便宜，因此，在太陽能利用和建筑物采暖及空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域，有機PCM的 應(yīng)用十分普遍。然而，有機PCM普遍存在導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點，致使其在儲能系統(tǒng)的應(yīng)用中傳 熱性能差、蓄熱量利用率低，從而降低了系統(tǒng)的效能。
提高有機PCM本身導(dǎo)熱系數(shù)的主要途徑是制備復(fù)合相變材料。目前，在相變材料中添加 的顆粒大多是毫米或微米級固體顆粒[L. F. Cabeza, et al. Applied Thermal Eng. 22(2002): 1141]。 其缺點是，由于金屬或金屬氧化物與有機PCM間存在較大的密度差，在復(fù)合相變材料融化時， 毫米級或微米級的固體顆粒極易在混合液中沉淀析出；另外含大顆粒的復(fù)合相變材料在把儲 存的能量轉(zhuǎn)移時，容易引起磨損或堵塞等不良結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料及制備方法，其目的在于克服現(xiàn)有 技術(shù)中，無機物PCM具有腐蝕性而且在相變過程中具有過冷和相分離的缺點，有機PCM由 于添加的顆粒大多是毫米或微米級固體顆粒，極易在混合液中沉淀析出，大顆粒的復(fù)合相變 材料在把儲存能量轉(zhuǎn)移時，容易引起磨損或堵塞等弊端，本發(fā)明將長徑比適中的碳納米管通 過磁力攪拌和超聲振動分散到石蠟中形成有機物基含碳納米管復(fù)合相變材料，不但提高了石 蠟的導(dǎo)熱系數(shù)，而且制備工藝簡單，有利于工業(yè)化。一種石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料，其特征在于將物理截斷的碳納米管與石蠟復(fù)合 形成均勻穩(wěn)定的復(fù)合物。 一種石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的制備方法，其特征在于按照如下步驟合成
A) 碳納米管球磨截斷將碳納米管在100-30(TC烘箱干燥0-12小時，以碳納米管與球 的質(zhì)量比1/20-1/200入球磨罐球磨3-40小時，得到處理好的碳納米管；
B) 合成石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料將截斷后的碳納米管加入融化的石蠟中或?qū)?br> 碳納米管和石蠟的混合物加熱至熔融，磁力攪拌該烙融物10-120min，保溫超聲10-300min，
制得均勻穩(wěn)定的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料。
本發(fā)明通過球磨法對碳納米管進行長徑比優(yōu)化處理后；將長徑比適中的碳納米管通過磁 力攪拌和超聲振動分散到石蠟中形成有機物基含碳納米管復(fù)合相變材料。
本發(fā)明與母體材料相比，其優(yōu)點和積極效果是提高了石蠟的導(dǎo)熱系數(shù)；熔融態(tài)混合物 中碳納米管不沉降分離，穩(wěn)定性好；碳納米管還可起到潤滑的作用，不易堵塞管道。而且， 該復(fù)合相變材料制備簡單，有利于工業(yè)化。本發(fā)明制備的含碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料當(dāng)碳 納米管質(zhì)量分數(shù)0. 5%時復(fù)合相變材料25°C的導(dǎo)熱系數(shù)比母體的導(dǎo)熱系數(shù)提高24%。


圖1為石蠟及實施例1、 2、 3所得碳納米管/石蠟復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化圖。
圖l中圏代表純石蠟；〇代表樣品l; 代表樣品2; 代表樣品3;
樣品1為實施例1所得石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料； 樣品2為實施例2所得石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料； 樣品3為實施例3所得石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例進一步闡述本發(fā)明，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用 本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。
實施例1:將碳納米管在300"C烘箱干燥2小時，以碳納米管與不銹鋼球質(zhì)量比為1/20
的放入球磨罐球磨40小時。得到截斷處理的碳納米管；將截斷后的碳納米管以質(zhì)量比1%含
量加入融化的石蠟中，磁力攪拌該熔融物120min，保溫超聲10min,制得均勻穩(wěn)定的石蠟基碳 納米管復(fù)合相變蓄熱材料。制得的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料穩(wěn)定性好，融化時總相 變潛熱達161.94J/g，熔點52.45T，由附圖1可見，添加了碳納米管的復(fù)合物無論液相還是 固相的導(dǎo)熱能力都比石蠟有較大的提高。該方法得到的復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均提 高21%，液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均提高24%。實施例2:將碳納米管在100°C烘箱干燥3小時，以碳納米管與瑪瑙球質(zhì)量比為1/100的 放入球磨罐球磨3小時。得到截斷處理的碳納米管；將截斷后的碳納米管以質(zhì)量比2%含量加
入石蠟中，將碳納米管和石蠟的混合物加熱至熔融，磁力攪拌該熔融物10min，保溫超聲200min, 制得均勻穩(wěn)定的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料。制得的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材 料穩(wěn)定性好，融化時總相變潛熱達158.76J/g，熔點51.66T，導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均提高 33%，液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均提高29%。由附圖1可見，隨碳納米管與石蠟的質(zhì)量比 的增加，復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)也相應(yīng)增加。
實施例3:將碳納米管直接使用，以碳納米管與瑪瑙球質(zhì)量比為1/50的比例放入球磨罐 球磨9小時。得到截斷處理的碳納米管；將截斷后的碳納米管以質(zhì)量比5%含量加入融化的石 蠟中，磁力攪拌該熔融物3(kin，保溫超聲300niin,制得均勻穩(wěn)定的石蠟基碳納米管復(fù)合相變 蓄熱材料。制得的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料穩(wěn)定性好，融化時總相變潛熱達 143. 17J/g，熔點51.56"C,導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均提高38X，液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均 提高29%。由附圖1可見，盡管隨碳納米管與石蠟的質(zhì)量比的增加，復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng) 增加，但，由于前處理過程和復(fù)合物的制作過程不同，復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)并不隨碳納米管的 增加而成比例增加。
實施例4:將碳納米管在10CrC烘箱干燥6小時，以碳納米管與瑪瑙球質(zhì)量比為1/100的 比例放入球磨罐球磨15小時。得到截斷處理的碳納米管；將截斷后的碳納米管以質(zhì)量比0.5 %含量加入融化的石蠟中，磁力攪拌該熔融物20min，保溫超聲200min,制得均勻穩(wěn)定的石蠟 基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料。制得的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料穩(wěn)定性好，融化時 總相變潛熱達168. OJ/g，熔點52. 21"C，導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均提高20. 8% ，液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù) 與石蠟相比平均提高24%。
實施例5:將碳納米管在10(TC烘箱千燥12小時，以碳納米管與瑪瑙球質(zhì)量比為1/200 的比例放入球磨罐球磨15小時。得到截斷處理的碳納米管；將截斷后的碳納米管以質(zhì)量比0. 2 %含量加入融化的石蠟中，磁力攪拌該熔融物20min，保溫超聲240min，制得均勻穩(wěn)定的石蠟 基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料。制得的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料穩(wěn)定性好，融化時 總相變潛熱達165.07J/g，熔點52.92"C，導(dǎo)熱系數(shù)與石蠟相比平均提高13X,液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù) 與石蠟相比平均提高18%。
權(quán)利要求
1.一種石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料，其特征在于將物理截斷的碳納米管與石蠟復(fù)合形成均勻穩(wěn)定的復(fù)合物。
2. —種石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料的制備方法，其特征在于按照如下步驟合成A) 碳納米管球磨截斷將碳納米管在100-300°C烘箱干燥0-12小時，以碳納米管與球 的質(zhì)量比1/20-1/200入球磨罐球磨3-40小時，得到處理好的碳納米管；B) 合成石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料將截斷后的碳納米管加入融化的石蠟中或?qū)?碳納米管和石蠟的混合物加熱至熔融，磁力攪拌該熔融物10-120min，保溫超聲10-300min， 制得均勻穩(wěn)定的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料。
全文摘要
一種石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料，其特征在于將物理截斷的碳納米管與石蠟復(fù)合形成均勻穩(wěn)定的復(fù)合物。合成方法A)碳納米管球磨截斷將碳納米管在100-300℃烘箱干燥0-12小時，以碳納米管與球的質(zhì)量比1/20-1/200入球磨罐球磨3-40小時；B)合成石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料將截斷后的碳納米管加入融化的石蠟中或?qū)⑻技{米管和石蠟的混合物加熱至熔融，磁力攪拌該熔融物10-120min，保溫超聲10-300min，制得均勻穩(wěn)定的石蠟基碳納米管復(fù)合相變蓄熱材料。本發(fā)明熔融態(tài)混合物中碳納米管不沉降分離，穩(wěn)定性好，不易堵塞管道；且制備工藝簡單，有利于工業(yè)化。
文檔編號C09K5/06GK101407714SQ20081004298
公開日2009年4月15日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者王繼芬, 謝華清, 陽 黎 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)