【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料科学与工程，更具体地说，特别涉及基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料。
技术介绍
1、能源是人类赖以生存和发展的基础，是国民经济的命脉。然而，随着化石燃料等不可再生能源日益枯竭，能源危机日趋严重。提高能源利用效率、降低能源使用成本、降低环境污染排放，已成为解决人类社会发展过程中所面临的能源与环境问题的必然选择。近年来，伴随储能产业的发展，多种新型储能技术不断突破。相变储能技术利用相变材料（pcm）在相变过程中大量吸热或放热特性来实现能量的存储与释放，凭借储热密度高、工作温度稳定、大规模化成本低、环境友好等优势，在工业余热回收、可再生能源利用、低碳建筑、电子器件热管理等领域展现出巨大的应用潜力。在诸多pcm中，有机固-液pcm兼具相变潜热大、相变温度范围广、不易出现过冷和相分离、无毒无腐蚀性、成本低等优点受到了极大的关注。然而固-液pcm普遍存在相变过程中熔融泄露和固有热导率低（一般介于0.15-0.35 wm-1 k-1）的长期瓶颈，导致pcm的储热效能大幅度降低，严重制约了其在储能及控温领域的发展与应用。因此，pcms的封装定形和导热强化成为当前的研究焦点。
2、通过向pcm中掺杂高导热填料实现复合pcm防泄漏以及热导率的提升，是目前主流的解决方法。但通常来说，填料的引入会对复合pcm的储热性能造成不利影响。研究者提出，在复合pcm内部构筑大范围取向排列的气凝胶骨架有望进一步提高热导率的同时维持高储能密度。定向气凝胶骨架可有效地将导热填料互连，减少填料-填料结点数量以及填料-pcm界面面积，避
3、此外，现有技术制备的有序层状结构可在一定程度上解决导热与储热性能之间的博弈效应，以及固-液pcm易泄露问题，但仍然存在关键的难点亟待解决：（1）盲目提高导热骨架在垂直方向的取向性来强化定向传热效果，不利于pcm的相变效率，因为靠近骨架层状壁的pcm与远离部位之间存在较大温差；（2）除了导热和储能特性之外，力学性能也是复合pcm的关键性能，会对复合pcm形状稳定性和使用寿命产生直接影响。因此在片层定向组装的基础之上，如何提升支撑主体到pcm内部的温度响应速度、提高相变效率，同时增强复合pcm的面内力学性能使其具备出色的形状稳定性，具有极大的技术挑战。
4、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，以解决上述的问题。
2、基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，利用双向冰冻法构建三维定向连通骨架，同时借助电场诱导进行多尺度结构设计，构建垂直于骨架片层方向的一维强化路径，选择零维纳米级金刚石为导热材料，基于冰晶诱导自组装预制垂直方向上的层状气凝胶骨架作为支撑体。
3、优选的，通过真空辅助浸渍pcm引入少量（1-3wt%）一维微米级碳纤维增强材料，借助毛细吸附效应-电场诱导自组装，将碳纤维沿水平方向取向排列于金刚石孔壁层间，形成兼具纵向层状连通导热主体与横向线状连接增强体的“板钉式”复合结构pcm。
4、优选的，采用冷冻和电场定向方法的协同设计，通过温度梯度影响冰晶的生长方向和形貌，以实现复合骨架的微观结构调控。
5、优选的，“板钉式”复合结构包括金刚石“板”和碳纤维“钉”。
6、优选的，金刚石“板”位于复合结构中。
7、优选的，碳纤维“钉”位于复合结构中。
8、优选的，“板钉式”复合结构pcm。
9、优选的，pcm的制备方法步骤如下：
10、s1：垂直取向的层状气凝胶骨架制备；
11、s2：“板钉式”复合结构骨架制备。
12、优选的，s1包括以下步骤：
13、s11：将金刚石（20-500mg/ml）超声分散于聚乙烯醇（pva）水溶液（2wt％）中，制备含有不同固含量的浆料液；
14、s12：采用细胞破碎仪以30％的额定功率对浆料液超声处理30-60min，然后真空脱气2-3h备用；
15、s13：将上述浆料液倒入定制方形聚四氟乙烯模具（30mm×30mm×20mm）中，模具底部设有倾斜角为15°的聚二甲基硅氧烷楔形结构；
16、s14：在杜瓦瓶中央竖直放置一实心铜圆柱体作为冷媒传输体，将含有浆料的模具放置于铜柱上表面，然后加入冷冻介质（液氮）使铜柱浸没其中，冷媒通过铜柱传递到模具底部促使水性浆料开始结冰；
17、s15：在x与z两个方向的温度梯度诱导下，冰晶沿这两个方向生长成平行于xz面的冰晶片，同时挤压和排开金刚石，形成具有层状结构的金刚石“板”；
18、s16：将冰冻后的样品置于冷冻干燥机内，在设定的温度（-50℃）及真空度（＜10pa）下除冰，得到垂直取向的层状金刚石气凝胶骨架。
19、优选的，s2包括以下步骤：
20、s21：首先，将聚乙二醇（peg，分子量2000-16000）加热至90℃并保持0.5h使其融化成透明液体；
21、s22：加入（5-100mg/ml）碳纤维（cf）混合均匀；
22、s23：在90℃下通过真空辅助将混合液浸渍到金刚石气凝胶中，然后沿平行于气凝胶y轴方向水平施加高压电场；
23、s24：借助气凝胶毛细吸附效应-电场诱导自组装，导电cf倾向沿水平方向取向排列于金刚石孔壁层中，从而自组装得到双取向复合结构的金刚石/碳纤维骨架，金刚石的高绝缘性能使气凝胶结构完全不受电场作用的影响，依然保持垂直高度取向；
24、s25：最后，将样品在室温下冷却并固化，此过程维持高压电场作用，所获得的复合pcm被命名为dd/cf/peg。
25、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
26、本专利技术中，利用水在冰冻过程中形成的冰晶作为模板，基于冰晶诱导自组装预制垂直方向上的层状气凝胶骨架，获得一种纵向层状连通导热主体，确保热量的定向快速传输。
27、本专利技术中，通过真空辅助浸渍pcm引入少量一维微米级碳纤维增强材料，借助毛细吸附效应-电场诱导自组装，将碳纤维沿水平方向取向排列于金刚石孔壁层间，获得一种横向线状连接增强体的碳纤维“钉”，加速pcm相变效率，同时增强y轴方向上的力学强度。
28、本专利技术中，“板”和“钉”结构之间的协同效应能够使热量以高相变潜热的形式快速存储，且能对熔融pcm起到“双重锁”固定作用，有效提高复合pcm的形状稳定性。
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1.基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于：利用双向冰冻法构建三维定向连通骨架，同时借助电场诱导进行多尺度结构设计，构建垂直于骨架片层方向的一维强化路径，选择零维纳米级金刚石为导热材料，基于冰晶诱导自组装预制垂直方向上的层状气凝胶骨架作为支撑体。
2.如权利要求1所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，通过真空辅助浸渍PCM引入少量（1-3wt%）一维微米级碳纤维增强材料，借助毛细吸附效应-电场诱导自组装，将碳纤维沿水平方向取向排列于金刚石孔壁层间，形成兼具纵向层状连通导热主体与横向线状连接增强体的“板钉式”复合结构PCM。
3.如权利要求2所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，采用冷冻和电场定向方法的协同设计，通过温度梯度影响冰晶的生长方向和形貌，以实现复合骨架的微观结构调控。
4.如权利要求3所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，“板钉式”复合结构包括金刚石“板”和碳纤维“钉”。
5.如权利要求4所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，金刚
6.如权利要求5所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，碳纤维“钉”位于复合结构中。
7.如权利要求6所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，“板钉式”复合结构PCM。
8.如权利要求7所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，PCM的制备方法步骤如下：
9.如权利要求8所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，S1包括以下步骤：
10.如权利要求9所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，S2包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于：利用双向冰冻法构建三维定向连通骨架，同时借助电场诱导进行多尺度结构设计，构建垂直于骨架片层方向的一维强化路径，选择零维纳米级金刚石为导热材料，基于冰晶诱导自组装预制垂直方向上的层状气凝胶骨架作为支撑体。
2.如权利要求1所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，通过真空辅助浸渍pcm引入少量（1-3wt%）一维微米级碳纤维增强材料，借助毛细吸附效应-电场诱导自组装，将碳纤维沿水平方向取向排列于金刚石孔壁层间，形成兼具纵向层状连通导热主体与横向线状连接增强体的“板钉式”复合结构pcm。
3.如权利要求2所述基于“板钉式”复合结构骨架的导热相变材料，其特征在于，采用冷冻和电场定向方法的协同设计，通过温度梯度影响冰晶的生长方向和形貌，以实现复合骨架的微观结构调控。
4.如权利...
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