一种导热添加材料及其制备方法以及应用技术

本发明专利技术提供了一种导热添加材料的制备方法，包括以下步骤：A)在碱性条件下，将氧化石墨烯的水溶液与含有金属离子的水溶液混合后，进行共沉淀反应，得到纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料；B)将所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料与烷基胺混合反应，得到导热添加材料，所述烷基胺选自十二胺、十三胺，十四胺、十六胺、十八胺或二异十三烷基胺。本发明专利技术公开的新型导热添加材料，该材料以改性氧化石墨烯负载纳米金属氧化物，结合了纳米金属氧化物和石墨烯各自优点。该材料对比氧化石墨烯与金属氧化物，其在非极性基体中具有良好的分散稳定性。解决米金属氧化物颗粒与碳类纳米材料作为导热添加剂时与非极性基体的相容性问题。

【技术实现步骤摘要】
一种导热添加材料及其制备方法以及应用
本专利技术属于材料
，具体涉及一种导热添加材料及其制备方法以及应用。
技术介绍
设备热管理问题是微电子、运输、制造业和国防等先进产业面临的最严重问题之一。目前应对设备热管理问题的常见的方法之一是液体冷却。在最近的几十年里，传统的流体例如水、乙二醇和油被广泛应用于传热系统。其中油类液体在系统安全角度方面有其独特的优势，因此，近年来被广泛用于各种场合，而且其用途和用量越来越多。相变冷却同样是解决设备热管理问题的方法之一，而石蜡类有机相变材料(Phasechangematerial，PCM)作为一种节能环保材料，具有较高的相变焓(150-250kJ/kg)、合适的相变温度(0-90℃)、化学性能稳定、没有相分离和腐蚀性等多种优点被广泛应用于热能存储及热管理领域。然而，油类流体与石蜡类PCM材料本身具有非极性的化学性能及导热性能差的缺点限制了其在实际中的应用。为了增强其导热性能，在油类流体与石蜡类等基体材料中填充高热导率纳米金属氧化物颗粒或碳类纳米材料是一种切实有效的方法。然而，添加纳米金属氧化物颗粒或碳类材料纳米材料虽然能增强基体的导热性能，但金属氧化物颗粒与基体的相容性差及碳纳米材料的昂贵限制了其在实际中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种导热添加材料及其制备方法以及应用，本专利技术提供的导热添加材料能稳定分散于低极性溶剂中，同时该材料本身亦具有一定的相变能力。本专利技术提供了一种导热添加材料的制备方法，包括以下步骤：A)在碱性条件下，将氧化石墨烯的水溶液与含有金属离子的水溶液混合后，进行共沉淀反应，得到纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料；B)将所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料与烷基胺混合反应，得到导热添加材料，所述烷基胺选自十二胺、十三胺，十四胺、十六胺、十八胺或二异十三烷基胺。优选的，所述碱性条件的pH值≥10。优选的，所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料中纳米金属氧化物选自四氧化三铁、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化亚铜、氧化亚铁、氧化铁或氧化银。优选的，所述氧化石墨烯按照如下方法进行制备：在冰浴条件下，将硝酸钠、石墨和浓硫酸混合，得到混合溶液；向所述混合溶液中加入高锰酸钾在20～30℃的条件下反应0.5～12小时，接着，在30～50℃的条件下反应10～50min，再在70～99℃的条件下反应5到10min，得到反应产物；将所述反应产物降温至60℃后与水混合，进行加热反应，得到加热反应产物；将所述加热反应产物进行离心洗涤和干燥，得到氧化石墨烯。优选的，所述氧化石墨烯与金属离子的摩尔比为1:1～10:1。优选的，所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料与烷基胺的摩尔比为1:1～1:10。优选的，步骤B)中，所述混合反应的温度为20～60℃，所述混合反应的时间为1～4天。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的导热添加材料。本专利技术还提供了一种上述导热添加材料在作为相变材料中导热添加剂的应用。优选的，所述相变材料为石蜡，所述导热添加剂占所述相变材料的质量百分比为2％～8％。与现有技术相比，本专利技术提供了一种导热添加材料的制备方法，包括以下步骤：A)在碱性条件下，将氧化石墨烯的水溶液与含有金属离子的水溶液混合后，进行共沉淀反应，得到纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料；B)将所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料与烷基胺混合反应，得到导热添加材料，所述烷基胺选自十二胺、十三胺，十四胺、十六胺、十八胺或二异十三烷基胺。本专利技术公开的新型导热添加材料，该材料以改性氧化石墨烯负载纳米金属氧化物，结合了纳米金属氧化物和石墨烯各自优点。该材料对比氧化石墨烯与金属氧化物，其在非极性基体中具有良好的分散稳定性。解决米金属氧化物颗粒与碳类纳米材料作为导热添加剂时与非极性基体的相容性问题。本专利技术公开的导热添加材料对基体导热性能提升能力接近于石墨烯，但对比纯石墨却具有成本优势。本专利技术公开的新型导热添加材料具有一定的相变能力，因此对比传统导热添加剂，其在相变储能，散热等领域拥有更为广阔的应用前景。本专利技术公开的新型导热添加材料的制备方法简单，成本低廉，产率高而能源消耗少，在一般化学实验室均能完成，便于推广及工艺优化。附图说明图1为本专利技术提供的导热添加材料的制备流程图；图2为改性前后在液态石蜡中分散稳定性对比；图3为四氧化三铁/改性氧化石墨烯的傅里叶红外光谱图；图4为四氧化三铁/改性氧化石墨烯X射线衍射光谱；图5为四氧化三铁/改性氧化石墨的DSC曲线图；图6为不同四氧化三铁/改性氧化石墨烯不同含量占石蜡复合材料中不同比例的导热系数图；图7为四氧化三铁/改性氧化石墨/石蜡的导热系数增强比率；图8为四氧化三铁/改性氧化石墨烯在磁场下的光学照片。具体实施方式本专利技术提供了一种导热添加材料的制备方法，包括以下步骤：A)在碱性条件下，将氧化石墨烯的水溶液与含有金属离子的水溶液混合后，进行共沉淀反应，得到纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料；B)将所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料与烷基胺混合反应，得到导热添加材料，所述烷基胺选自十二胺、十三胺，十四胺、十六胺、十八胺或二异十三烷基胺。本专利技术首先配置氧化石墨烯的水溶液与含有金属离子的水溶液。其中，所述氧化石墨烯的水溶液的配置方法为：将氧化石墨烯与去离子水混合，超声，得到氧化石墨烯水溶液。其中，所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为0.1～20mg/mL，优选为0.5～15mg/mL。其中，在本专利技术中，所述氧化石墨烯优选按照如下方法进行制备：在冰浴条件下，将硝酸钠、石墨和浓硫酸混合，得到混合溶液；向所述混合溶液中加入高锰酸钾在20～30℃的条件下反应0.5～12小时，接着，在30～50℃的条件下反应10～50min，再在70～99℃的条件下反应5到10min，，得到反应产物；将所述反应产物降温至60℃后与水混合，进行加热反应，得到加热反应产物；将所述加热反应产物进行离心洗涤和干燥，得到氧化石墨烯。采用上述制备方法制备得到的氧化石墨烯，表面拥有丰富含氧官能团，其容易被烷基胺改性修饰，从而使得到的复合材料与相变材料具有优异的相容性。当其与相变材料进一步复合时，而使复合相变材料具有更优异相变储能能力以及导热性能。所述含有金属离子的水溶液按照如下方法进行配置：将金属盐溶于水中，得到含有金属离子的水溶液。其中，所述金属离子选自Fe3+、Fe2+、Cu2+、Al3+、Zn2+、Cu+和Ag+中的一种或多种。所述含有金属离子的水溶液中金属离子的浓度优选为0.1～40mg/mL，优选为1～30mg/mL，更优选为5～20mg/mL。优选的，所述含有金属离子的水溶液优选为含有Fe3+和Fe2+的水溶液，按照如下方法进行配置：将铁盐和亚铁盐溶解于水中，得到含有Fe3+和Fe2+的水溶液，所述Fe3+和Fe2+的摩尔比为(1～3)：1，优选为2:1。其中，所述铁盐优选为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁，所述亚铁盐优选为氯化亚铁、硝酸亚铁或硫酸亚铁。得氧化石墨烯水溶液后，在氧化石墨烯水溶液中加入碱性物质调节pH，其中，所述碱性物质优选为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯，所述pH优选≥10，更优选为10。接着，在超声条件下，向所述氧化石墨烯水溶液中加入含有金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热添加材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)在碱性条件下，将氧化石墨烯的水溶液与含有金属离子的水溶液混合后，进行共沉淀反应，得到纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料；B)将所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料与烷基胺混合反应，得到导热添加材料，所述烷基胺选自十二胺、十三胺，十四胺、十六胺、十八胺或二异十三烷基胺。

【技术特征摘要】
1.一种导热添加材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)在碱性条件下，将氧化石墨烯的水溶液与含有金属离子的水溶液混合后，进行共沉淀反应，得到纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料；B)将所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料与烷基胺混合反应，得到导热添加材料，所述烷基胺选自十二胺、十三胺，十四胺、十六胺、十八胺或二异十三烷基胺。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性条件的pH值≥10。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米金属氧化物/氧化石墨烯复合材料中纳米金属氧化物选自四氧化三铁、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化亚铜、氧化亚铁、氧化铁或氧化银。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯按照如下方法进行制备：在冰浴条件下，将硝酸钠、石墨和浓硫酸混合，得到混合溶液；向所述混合溶液中加入高锰酸钾在20～30℃的条件下反应0.5～12小时，接着，在30～50℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长宏，范贤波，梁璐，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44