一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法与流程

技术特征：
1.一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)高定向石墨烯/冰晶复合固体的制备：将石墨烯浆料置于行星搅拌器中以2000-4500r/min的速率搅拌1h，使得石墨烯浆料处于纳米分散的状态，然后通过类3d打印技术，在-10～-40℃的条件以下，将石墨烯浆料一层一层的喷射在水平方向匀速运动的金属底板上，通过控制底板运动速度和喷射速度的比例，可以产生水平方向的剪切力，该剪切力使得石墨烯沿着水平方向定向排布，喷射到底板的浆料在低温下快速冷冻为固体，将定向排布的结构固定，从而获得高定向排布的石墨烯/冰晶复合固体；2)高定向石墨烯骨架的制备：将高定向石墨烯/冰晶复合固体置于100目的多孔网格之上，通过四周布置高功率辐射板对石墨烯/冰晶复合固体进行快速冷冻干燥，去除水分同时保持原有的骨架结构，以得到稳定的高定向石墨烯骨架；3)高定向石墨烯骨架的预致密化及二次取向：将制得的石墨烯骨架置于可以控温的双辊辊压装置中，在一定温度下通过双辊辊压装置使得石墨烯骨架进一步致密化，在辊压过程中通过控制辊压速度和进料速度的比例可以使得石墨烯纳米片进一步取向化，获得高定向石墨烯骨架；4)高定向石墨烯骨架石墨化处理：将3)中获得石墨烯骨架放入石墨化炉中，在惰性气体氛围下进行1-5h的石墨化处理，去除内部的高分子分散剂，修复石墨烯纳米片本身的缺陷,石墨化处理的温度为2700℃-3000℃；5)高定向石墨烯骨架的金属化：将石墨化处理后的高定向石墨烯骨架表面金属化，提高液态金属和石墨烯之间的润湿性；6)在金属化的石墨烯骨架中灌注液态金属：将石墨烯骨架置于液态金属中，在真空度为-0.1mpa的烘箱中升温使得液态金属的熔化，熔化后在真空负压的作用灌注进入石墨烯骨架，自然冷却后得到石墨烯/液态金属相变储能材料；7)石墨烯/液态金属相变储能材料的二次致密化：将步骤6)中制得的石墨烯/液态金属相变储能材料放置在可以控温的双辊辊压装置中，在升温至相变点附近时通过同样温度的、辊速为5-200mm/min双辊轧制设备，进一步对石墨烯/液态金属相变储能材料进一步致密化，减少复合材料内部空隙，降低界面热阻，提高热导率，获得快响应高储热量的石墨烯/液态金属相变储能复合材料。2.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的石墨烯浆料的浓度为0.5％-8％，底板运动的速率为50-500mm/min，整个过程通过液氮制冷。3.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的冷冻干燥的工艺参数为：在2-8h内，辐射板的温度从-20℃升温到-10℃；然后在40-90h内升温到40℃，最后在40℃保温2h。4.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述的双辊辊压装置的温度控制范围为室温～150℃，辊速为5-200mm/min。5.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5)中所述的石墨烯骨架金属化可以采用的方法包括粉末烧结法、
磁控溅射、化学镀、超声浸镀等，用于金属化的金属包括但不局限于sn、cu、ti等。6.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法，其特征在于：步骤6)中所述的中所述的液态金属的成分包括但不局限于ga基：ga
86.5
sn
13.5
(熔点20.5℃)，ga(熔点29.8℃)等；bi基：bi
49
in
21
pb
18
sn
12
(熔点58℃)，bi
50
pb
26.7
sn
13.3
cd
10
(熔点70℃)等：in基：in
52.5
bi
31.4
sn
16.1
(熔点60℃)，in
66.3
bi
33.7
(熔点72℃)等。7.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法，其特征在于：步骤7)中所述的双辊轧制设备的辊距可调节范围为15mm-1mm，辊速为5-200mm/min。8.根据权利要求1-7任一所述方法制备的基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料。

技术总结
本发明涉及一种基于液态金属的快响应高储热量相变储能复合材料的制备方法。通过类3D打印技术和冷冻干燥技术制备取向化石墨烯骨架，通过辊压方法控制石墨烯骨架的孔隙率，然后进行高取向石墨烯骨架的表面金属化，提高石墨烯骨架和液态金属的润湿性，之后通过真空辅助灌注的方法多次灌注液态金属，冷却后获得石墨烯/液态金属相变储能复合材料。通过双辊轧制得到进一步取向和致密化的石墨烯/液态金属相变储能材料。该新型的石墨烯/液态金属相变储能材料具有快响应、高储热的特性，响应时间比传统商用材料缩短2/3，体相变焓值高达396kJ/L，同时相变温度可调控范围广。因此，该新型的石墨烯/液态金属相变储能材料有着重大的应用前景。的应用前景。的应用前景。


技术研发人员：李宜彬 张瑞 孙贤贤
受保护的技术使用者：山东国烯新材料创新中心有限公司
技术研发日：2022.11.03
技术公布日：2022/12/30