一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料及其制备方法技术

一种磁热‑光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料及其制备方法，属于能量转换及存储技术领域。该聚合物纳米复合相变储能材料以纳米磁基石墨烯作为能量转换器，以聚氨酯有机聚合物为相变材料能量存储器，实现磁能及光能的转换及存储。其中纳米磁基石墨烯通过溶剂热法将金属离子与氧化石墨烯一步还原得到，聚氨酯有机聚合物通过聚乙二醇与异氰酸酯类有机化合物聚合得到。再经过纳米磁基石墨烯与聚氨酯有机聚合物复合、杂化最终得到聚合物纳米复合定形相变储能材料。本发明专利技术产品具有磁热‑光热双驱能量转换及存储性能，导热系数高，储能密度大，定形性好，在能量转换与存储领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料及其制备方法，其属于高分子材料的

技术介绍
工业化的发展使化石能源面临枯竭性危机的同时也带来了严重的环境污染，开发新能源，提高能量使用效率已经成为当代科学家的首要任务。由于太阳能是最重要的可再生、无污染的能源，捕获及转换太阳能为热能成为目前能源研究领域中的热点。同时，磁能转换为热能也是一种重要的能源转换方式，在磁制冷、磁热疗、药控释放等能量系统中具有广泛的应用。除了热能转换之外，热能贮存也是提高能量使用效率的关键因素。热能的储存主要包括化学储热、显热储热及相变储热[Renewable and Sustainable Energy Reviews,2009,13,318–345]。相变储能利用材料相变特性，储、放热量大，已成为最有前景的储能材料之一。相变储能材料是利用物质在相变过程中的吸热和放热效应进行热能存贮和温度调控的物质，可分为无机、有机及复合相变储能材料。无机相变储能材料主要包括结晶水合盐，熔融盐类，金属(包括合金)，无机类相变储能材料中的结晶水合盐廉价，相变潜热大，电导系数大，但是存在着热循环后储热效率不断下降，过冷现象和相分离现象等问题。有机相变储能材料主要包括石蜡，脂肪酸，酯和多元醇等，这类材料的种类多，性能稳定，但是存在着电导系数小，密度小，单位体积储热能力差，相变时出现漏液等问题。复合相变储能材料在工作时基本呈现出宏观上固-固相转变，形状不发生变化，使用
寿命长，无泄漏，材料对容器的腐蚀作用小，同时还可以通过对材料的物理以及化学改性使其在更广泛的领域应用于现实生产生活中。因此开发复合相变储能材料是促使相变储能材料走向实用化的必由之路。本专利技术的目的是开发一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合定形相变储能材料及其制备方法，此种储能材料以纳米磁基石墨烯作为能量转换器，以聚合物为相变材料能量存储器。其中纳米磁基石墨烯通过溶剂热法将金属离子与氧化石墨烯一步还原得到，聚合物通过聚乙二醇与异氰酸酯类有机化合物聚合得到。经纳米磁基石墨烯与聚合物复合、杂化最终得到聚合物纳米复合定形相变储能材料。产品具有磁热-光热双驱能量转换及存储性能，导热系数高，储能密度大，定形性好，在能量转换与存储领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料，此种材料以磁性纳米颗粒与石墨烯化学键合的纳米磁基石墨烯作为能量转换器与聚氨酯有机聚合物相变储能材料复合，得到相变焓值大，形状稳定的新型储热材料，可用于热能的存储，由于纳米磁基石墨烯含有可产生磁热效应的磁性纳米粒子和可吸收太阳光产生光热效应的石墨烯，可实现光热-磁热双驱能量转换与存储。此类材料合成工艺简单，应用方便，具有广阔的应用前景。在此种聚合物纳米复合相变储能材料中，磁性纳米颗粒与石墨烯化学键合的纳米磁基石墨烯、聚乙二醇与异氰酸酯聚合的聚氨酯有机聚合物相变储能材料含量比为：纳米磁基石墨烯：1～10wt％；聚氨酯有机聚合物相变储能材料：90～99wt％。本专利技术所述的纳米磁基石墨烯为Fe3O4/石墨烯、CoFe2O4/石墨烯、NiFe2O4/石墨烯、MnFe2O4/石墨烯、ZnFe2O4/石墨烯，其制备方法为：将10mmol金属盐前驱体、0.3g氧化石墨烯、80mL高沸点多元醇溶剂超声4h后加入50mmol CH3COONa，在100mL反应釜中200℃反应10h，得到纳米磁基石墨烯；其中，所用金属盐前驱体为FeCl3或FeCl3与CoCl2、NiCl2、MnCl2、ZnCl2中的一种；所用高沸点多元醇溶剂为乙二醇、二乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇中的1～2种。本专利技术所述的聚氨酯有机聚合物相变储能材料为具有下述结构通式的化合物：式中，A为连接基；当x＝0时，A的结构式如下：则该聚合物的结构通式为：当x＝1时，A的结构式如下:其中，D为其中,m＝100～10000的整数；n1+n2＝n＝10～1000的整数；B为芳环基团。所述聚氨酯有机聚合物相变储能材料中的B为具有下述结构之一：(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)或(8)，其中：芳环基团(1)为：(1)式中T1为H、OCH3、OC2H5、CH3、C2H5或Cl；T2为H、NHCOCH3或NHCOC6H5；芳环基团(2)为：(2)式中D1为H、OCH3或OCH2CH3；D2为H、NHCOCH3或NHCOC2H5；D3为H、Cl、Br、CN、NO2、SO3Na、SO2NHR、CONHR或COOR；D4为H、Cl、Br、CN、NO2、SO2NHR或CONHR；D5为H、Cl、Br、CN、NO2、CH3、OCH3、OC2H5、CONH2、COOCH3或COOC2H5；R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团(3)为：(3)式中Q1为H、OCH3或OCH2CH3；Q2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OCH3、CH2CH2Cl、CH2CH2CN或CH2CH2OCOCH3；Q3为H、NHCOCH3或NHCOC2H5；Q4为H、Cl、Br、CN、NO2、SO2NHR、CONHR或COOR；Q5为H、Cl、Br、CN、NO2、CH3、OCH3、OC2H5、CONH2、COOCH3或COOC2H5；R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团(4)为：(4)式中K1为H、OCH3或OCH2CH3；K2为H、OH、OCH3、Cl、CN或OCOCH3；K3为H、OH、OCH3、Cl、CN或OCOCH3；K4为H、Cl、Br、CN、NO2、SO2NHR、CONHR或COOR；K5为H、Cl、Br、CN、NO2、CH3、OCH3、OC2H5、CONH2、COOCH3或COOC2H5R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团(5)为：(5)式中L1为H、OH或NH2；L2为H或SO2NHR；L3为H、Cl、CN、SO2NHR、CONHR、COOR、NHR或NHCOR；L4为H、SO2NHR、NHR或NHCOR；L5为H、SO2NHR、NHR或NHCOR；L6为H、Cl、CH3、OCH3、OC2H5、OH、CN、CONH2、COOCH3或COOC2H5；R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团(6)为：(6)式中U1为H、Cl、CH3、OCH3、OC2H5、OH、CN、CONH2、COOCH3或COOC2H5；U2为H或OH；U3为H、NHR或NHCOR；
U4为H、NHR，SO2NHR或NHCOR；U5为H或SO2NHR；U6为H、Cl、R、NHR、CN、SO2NHR或COOR；U7为H、Cl、CH3、OCH3、OC2H5、OH、CN、CONH2、COOCH3或COOC2H5；R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团(7)结构为：(7)式中Y1为H、Cl、CH3、OCH3、OC2H5、OH、NH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁热‑光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料，其特征在于：它含有磁性纳米颗粒与石墨烯化学键合的纳米磁基石墨烯、聚氨酯有机聚合物相变储能材料，质量百分比为：纳米磁基石墨烯：1～10％；聚氨酯有机聚合物相变储能材料：90～99％；所述聚氨酯有机聚合物相变储能材料为具有下述结构通式的化合物：当x＝0时，连接基A的结构式为：当x＝1时，连接基A的结构式为:其中，D为m＝100～10000的整数；n＝10～1000的整数；B为芳环基团。

【技术特征摘要】
1.一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料，其特征在于：它含有磁性纳米颗粒与石墨烯化学键合的纳米磁基石墨烯、聚氨酯有机聚合物相变储能材料，质量百分比为：纳米磁基石墨烯：1～10％；聚氨酯有机聚合物相变储能材料：90～99％；所述聚氨酯有机聚合物相变储能材料为具有下述结构通式的化合物：当x＝0时，连接基A的结构式为：当x＝1时，连接基A的结构式为:其中，D为m＝100～10000的整数；n＝10～1000的整数；B为芳环基团。2.根据权利要求1所述的一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料，其特征在于：所述纳米磁基石墨烯为Fe3O4/石墨烯、CoFe2O4/石墨烯、NiFe2O4/石墨烯、MnFe2O4/石墨烯或ZnFe2O4/石墨烯。3.按照权利要求1所述一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料，其特征在于：所述聚氨酯有机聚合物相变储能材料中的芳环基团B结构通式为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)或(8)，其中：芳环基团B的通式(1)为：(1)式中T1为H、OCH3、OC2H5、CH3、C2H5或Cl；T2为H、NHCOCH3或NHCOC6H5；芳环基团B的通式(2)为：(2)式中D1为H、OCH3或OCH2CH3；D2为H、NHCOCH3或NHCOC2H5；D3为H、Cl、Br、CN、NO2、SO3Na、SO2NHR、CONHR或COOR；D4为H、Cl、Br、CN、NO2、SO2NHR或CONHR；D5
\t为H、Cl、Br、CN、NO2、CH3、OCH3、OC2H5、CONH2、COOCH3或COOC2H5；R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团B的通式(3)为：(3)式中Q1为H、OCH3或OCH2CH3；Q2为CH3、CH2CH3、CH2CH2OCH3、CH2CH2Cl、CH2CH2CN或CH2CH2OCOCH3；Q3为H、NHCOCH3或NHCOC2H5；Q4为H、Cl、Br、CN、NO2、SO2NHR、CONHR或COOR；Q5为H、Cl、Br、CN、NO2、CH3、OCH3、OC2H5、CONH2、COOCH3或COOC2H5；R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团B的通式(4)为：(4)式中K1为H、OCH3或OCH2CH3；K2为H、OH、OCH3、Cl、CN或OCOCH3；K3为H、OH、OCH3、Cl、CN或OCOCH3；K4为H、Cl、Br、CN、NO2、SO2NHR、CONHR或COOR；K5为H、Cl、Br、CN、NO2、CH3、OCH3、OC2H5、CONH2、COOCH3或COOC2H5R为H或CpH2p+1的直链饱和烷基，其中：1≤p≤18,p为整数；芳环基团B的通式(5)为：(5)式中L1为H、OH或NH2；L2为H或SO2NHR；L3为H、Cl、CN、SO2NHR、CONHR、COOR、NHR或NHCOR；L4为H、SO2NHR、NHR或NHCOR；L5为H、SO2NHR、NHR或NHCOR；L6为H、Cl、CH3、OCH3、OC2H5、OH、CN、CONH2、COOCH3或COOC2H5；R为H或CpH2p+1的直链...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐炳涛，王文涛，具本植，张淑芬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21