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　　申請號：201610919637.X
　　申請人：中南大學
　　發明人：魏秋平 周科朝 張龍 馬莉 余志明 劉家喻

　　摘要： 一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料及制備方法，所述相變儲能材料包括表面強化的泡沫骨架、石蠟、阻燃劑及石蠟支撐材料；泡沫骨架表面強化層選自金剛石膜、石墨烯墻、碳納米管墻、石墨烯包覆金剛石膜、碳納米管包覆金剛石膜、碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜中的一種。本發明結構合理、導熱系數高、性能穩定，通過表面修飾石墨烯或/和碳納米管，進一步增加泡沫骨架的導熱性能，有效提升現有儲能材料的熱傳遞效率。金剛石良好的化學惰性，可以有效避免金屬骨架在相變材料中的腐蝕，既適用于有機類相變儲能材料，又與無機水合鹽類相變材料有極強的兼容性和適應性，適于高溫、大功率、高能耗領域應用。

　　主權利要求：1.一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料，其特征在于，所述相變儲能材料包括表面強化的泡沫骨架、石蠟、阻燃劑及石蠟支撐材料，在由石蠟、阻燃劑、石蠟支撐材料構成的相變儲能材料基體中鑲嵌有表面強化的泡沫骨架；所述表面強化的泡沫骨架包括泡沫骨架、表面強化層；所述表面強化層選自金剛石膜、石墨烯墻、碳納米管墻、石墨烯包覆金剛石膜、碳納米管包覆金剛石膜、碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜中的一種。
　　2.根據權利要求1所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料，其特征在于，表面強化的泡沫骨架體積占相變儲能材料基體體積的1％-80％。
　　3.根據權利要求2所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料，其特征在于，泡沫骨架與表面強化層之間設有改性層。
　　4.根據權利要求3所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料，其特征在于，所述的改性層為硅、鈮、鉭、鎳、鉑、銅、鎢、鉬、鈦、銀、鉻中的一種或多種的復合；所述改性層改性方法包括電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉積、物理氣相沉積方法中的一種或復合。
　　5.根據權利要求1-4任意一項所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料，其特征在于，泡沫骨架的泡沫孔徑為0.01-10mm，開孔率20-99.9％，泡沫孔洞均勻分布或隨機分布；泡沫骨架為平面結構或三維立體結構。
　　6.根據權利要求5所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料，其特征在于，所述泡沫骨架選自泡沫金屬骨架、泡沫陶瓷骨架或泡沫碳骨架中的一種；所述泡沫金屬骨架選自泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈦、泡沫鈷、泡沫鎢、泡沫鉬、泡沫鉻、泡沫鐵鎳、泡沫鋁中的一種；所述泡沫陶瓷骨架選自泡沫A12O3、泡沫ZrO2、泡沫SiC、泡沫Si3N4、泡沫BN、泡沫B4C、泡沫AlN、泡沫WC、泡沫Cr7C3中的一種。
　　7.根據權利要求6所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料，其特征在于，相變儲能材料基體中石蠟、阻燃劑與石蠟支撐材料的重量份組成為：石蠟60～80份，阻燃劑10-30份，石蠟支撐材料10-20份；所述阻燃劑選自四氯雙酚A、全氯戊環癸烷、多溴二苯醚類、溴代雙酚A類、溴代高聚物中的一種；所述石蠟支撐材料包括高密度聚乙烯、聚丙烯中的一種。
　　8.一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料的制備方法，包括下述步驟：第一步：將石蠟加熱至100-180℃，充分融化后，將石蠟支撐材料和阻燃劑加入其中，攪拌，使其充分溶解，得到相變儲能材料基體熔液；第二步：將表面強化的泡沫骨架放入相變儲能材料基體熔液中，一起放入帶有真空設備的管式爐中，設置爐溫90-180℃，抽爐內真空至10Pa以下，對復合材料進行排氣至無明顯氣泡冒出，隨后向爐內通入空氣、氮氣、氬氣中的一種，保溫10-180分鐘后，隨爐冷卻，得到泡沫金剛石增強石蠟復合材料。
　　9.根據權利要求8所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料的制備方法，其特征在于：表面強化的泡沫骨架表面金剛石膜的制備方法是：將泡沫骨架置于化學氣相沉積爐中的旋轉基臺上；或對泡沫骨架表面種植籽晶后再置于化學氣相沉積爐中的旋轉基臺上，然后進行金剛石層沉積，調節爐內氣路分布、熱絲排布及旋轉基臺的轉速，含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為0.5-10.0％；生長溫度為600-1000℃，生長氣壓103-104Pa；獲得泡沫骨架內外表面均為大顆粒微米級金剛石膜層。
　　10.根據權利要求9所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料的制備方法，其特征在于：泡沫骨架置于化學氣相沉積爐中的旋轉基臺上，在泡沫骨架兩側設置熱絲，熱絲距泡沫骨架距離為5-12mm，熱絲間距為5-20mm；所述熱絲為螺旋絲或直絲；、在泡沫骨架上下分別均勻設置多個進出氣口，控制旋轉基臺自轉速率為5-100r/min，獲得泡沫骨架內外表面金剛石膜層厚度為0.5μm～1000μm，膜層中晶粒尺寸為1μm-200μm。
　　11.根據權利要求9所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料的制備方法，其特征在于：石墨烯包覆金剛石膜、碳納米管包覆金剛石膜、碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜表面強化的泡沫骨架的制備方法是：沉積石墨烯或石墨烯包覆金剛石復合層：將泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體置于化學氣相沉積爐中，直接沉積石墨烯；沉積參數為：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為5-80％；生長溫度為400-1200℃，生長氣壓5-105Pa；等離子電流密度0-50mA/cm2；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉；或在泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體表面采用電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在金剛石膜層表面沉積鎳、銅、鈷中的一種或復合改性層，再沉積石墨烯；得到石墨烯或石墨烯包覆金剛石膜表面強化的泡沫骨架；沉積碳納米管或碳納米管包覆金剛石復合層：將泡沫基體或已沉積金剛石膜層的泡沫基體置于化學氣相沉積爐中，直接沉積碳納米管；沉積參數為：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為5-50％；生長溫度為400-1300℃，生長氣壓103-105Pa；等離子電流密度0-30mA/cm2；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉；或在泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體表面采用電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在沉積表面沉積鎳、銅、鈷中的一種或復合改性層，再沉積碳納米管；得到碳納米管或碳納米管包覆金剛石膜表面強化的泡沫骨架：沉積碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜復合層：將泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體置于化學氣相沉積爐中，直接沉積碳納米管、石墨烯復合體；碳納米管林沉積參數為：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為5-50％；生長溫度為400-1300℃，生長氣壓103-105Pa；等離子電流密度0-30mA/cm2；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉；石墨烯墻沉積參數為：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比為5-80％；生長溫度為400-1200℃，生長氣壓5-105Pa；等離子電流密度0-50mA/cm2；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉；或在泡沫基體或已沉金剛石膜層的泡沫基體表面采用電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在金剛石表面沉積鎳、銅、鈷的一種或復合改性層；再沉積碳納米管、石墨烯；得到碳納米管/石墨烯包覆金剛石膜表面強化的泡沫骨架。
　　12.根據權利要求11所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料的制備方法，其特征在于：將泡沫基體或已沉積金剛石膜層的泡沫基體清洗、烘干后置于化學氣相沉積爐中，沉積石墨烯、碳納米管、碳納米管/石墨烯時，在泡沫基體上施加等離子輔助生長，同時在泡沫基體底部添加磁場，將等離子體約束在泡沫基體近表面，強化等離子對泡沫基體表面的轟擊，使石墨烯或/和碳納米管垂直于金剛石表面生長，形成碳納米管林或石墨烯墻，得到表面均布石墨烯墻包覆金剛石、碳納米管林包覆金剛石或碳納米管林/石墨烯墻包覆金剛石的三維空間網絡多孔骨架。
　　13.根據權利要求9所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料的制備方法，其特征在于，對泡沫骨架表面種植籽晶的方法是：將泡沫骨架置于納米晶和/或微米晶金剛石混合顆粒的懸濁液中，于超聲波中震蕩、分散均勻，納米晶和/或微米晶金剛石顆粒吸附在泡沫骨架網孔表面；或配置含有納米和/或微米金剛石的水溶液或有機溶液，采用電泳沉積法使納米晶和/或微米晶金剛石顆粒吸附在泡沫骨架網孔表面。
　　14.根據權利要求8-13任意一項所述的一種泡沫金剛石增強石蠟相變儲能材料的制備方法，其特征在于，泡沫骨架選自方形翅片、矩形翅片、圓形翅片、螺旋形翅片、波紋形翅片、鋸齒形翅片、針狀翅片、縱向翅片、整體板狀翅片中的至少一種。