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　　申请号：201610919637.X
　　申请人：中南大学
　　发明人：魏秋平 周科朝 张龙 马莉 余志明 刘家喻

　　摘要： 一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料及制备方法，所述相变储能材料包括表面强化的泡沫骨架、石蜡、阻燃剂及石蜡支撑材料；泡沫骨架表面强化层选自金刚石膜、石墨烯墙、碳纳米管墙、石墨烯包覆金刚石膜、碳纳米管包覆金刚石膜、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石膜中的一种。本发明结构合理、导热系数高、性能稳定，通过表面修饰石墨烯或/和碳纳米管，进一步增加泡沫骨架的导热性能，有效提升现有储能材料的热传递效率。金刚石良好的化学惰性，可以有效避免金属骨架在相变材料中的腐蚀，既适用于有机类相变储能材料，又与无机水合盐类相变材料有极强的兼容性和适应性，适于高温、大功率、高能耗领域应用。

　　主权利要求：1.一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料，其特征在于，所述相变储能材料包括表面强化的泡沫骨架、石蜡、阻燃剂及石蜡支撑材料，在由石蜡、阻燃剂、石蜡支撑材料构成的相变储能材料基体中镶嵌有表面强化的泡沫骨架；所述表面强化的泡沫骨架包括泡沫骨架、表面强化层；所述表面强化层选自金刚石膜、石墨烯墙、碳纳米管墙、石墨烯包覆金刚石膜、碳纳米管包覆金刚石膜、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石膜中的一种。
　　2.根据权利要求1所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料，其特征在于，表面强化的泡沫骨架体积占相变储能材料基体体积的1％-80％。
　　3.根据权利要求2所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料，其特征在于，泡沫骨架与表面强化层之间设有改性层。
　　4.根据权利要求3所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料，其特征在于，所述的改性层为硅、铌、钽、镍、铂、铜、钨、钼、钛、银、铬中的一种或多种的复合；所述改性层改性方法包括电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积方法中的一种或复合。
　　5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料，其特征在于，泡沫骨架的泡沫孔径为0.01-10mm，开孔率20-99.9％，泡沫孔洞均匀分布或随机分布；泡沫骨架为平面结构或三维立体结构。
　　6.根据权利要求5所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料，其特征在于，所述泡沫骨架选自泡沫金属骨架、泡沫陶瓷骨架或泡沫碳骨架中的一种；所述泡沫金属骨架选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫钛、泡沫钴、泡沫钨、泡沫钼、泡沫铬、泡沫铁镍、泡沫铝中的一种；所述泡沫陶瓷骨架选自泡沫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中的一种。
　　7.根据权利要求6所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料，其特征在于，相变储能材料基体中石蜡、阻燃剂与石蜡支撑材料的重量份组成为：石蜡60～80份，阻燃剂10-30份，石蜡支撑材料10-20份；所述阻燃剂选自四氯双酚A、全氯戊环癸烷、多溴二苯醚类、溴代双酚A类、溴代高聚物中的一种；所述石蜡支撑材料包括高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种。
　　8.一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料的制备方法，包括下述步骤：第一步：将石蜡加热至100-180℃，充分融化后，将石蜡支撑材料和阻燃剂加入其中，搅拌，使其充分溶解，得到相变储能材料基体熔液；第二步：将表面强化的泡沫骨架放入相变储能材料基体熔液中，一起放入带有真空设备的管式炉中，设置炉温90-180℃，抽炉内真空至10Pa以下，对复合材料进行排气至无明显气泡冒出，随后向炉内通入空气、氮气、氩气中的一种，保温10-180分钟后，随炉冷却，得到泡沫金刚石增强石蜡复合材料。
　　9.根据权利要求8所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于：表面强化的泡沫骨架表面金刚石膜的制备方法是：将泡沫骨架置于化学气相沉积炉中的旋转基台上；或对泡沫骨架表面种植籽晶后再置于化学气相沉积炉中的旋转基台上，然后进行金刚石层沉积，调节炉内气路分布、热丝排布及旋转基台的转速，含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；获得泡沫骨架内外表面均为大颗粒微米级金刚石膜层。
　　10.根据权利要求9所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于：泡沫骨架置于化学气相沉积炉中的旋转基台上，在泡沫骨架两侧设置热丝，热丝距泡沫骨架距离为5-12mm，热丝间距为5-20mm；所述热丝为螺旋丝或直丝；、在泡沫骨架上下分别均匀设置多个进出气口，控制旋转基台自转速率为5-100r/min，获得泡沫骨架内外表面金刚石膜层厚度为0.5μm～1000μm，膜层中晶粒尺寸为1μm-200μm。
　　11.根据权利要求9所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于：石墨烯包覆金刚石膜、碳纳米管包覆金刚石膜、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石膜表面强化的泡沫骨架的制备方法是：沉积石墨烯或石墨烯包覆金刚石复合层：将泡沫基体或已沉金刚石膜层的泡沫基体置于化学气相沉积炉中，直接沉积石墨烯；沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压5-105Pa；等离子电流密度0-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；或在泡沫基体或已沉金刚石膜层的泡沫基体表面采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在金刚石膜层表面沉积镍、铜、钴中的一种或复合改性层，再沉积石墨烯；得到石墨烯或石墨烯包覆金刚石膜表面强化的泡沫骨架；沉积碳纳米管或碳纳米管包覆金刚石复合层：将泡沫基体或已沉积金刚石膜层的泡沫基体置于化学气相沉积炉中，直接沉积碳纳米管；沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50％；生长温度为400-1300℃，生长气压103-105Pa；等离子电流密度0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；或在泡沫基体或已沉金刚石膜层的泡沫基体表面采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在沉积表面沉积镍、铜、钴中的一种或复合改性层，再沉积碳纳米管；得到碳纳米管或碳纳米管包覆金刚石膜表面强化的泡沫骨架：沉积碳纳米管/石墨烯包覆金刚石膜复合层：将泡沫基体或已沉金刚石膜层的泡沫基体置于化学气相沉积炉中，直接沉积碳纳米管、石墨烯复合体；碳纳米管林沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50％；生长温度为400-1300℃，生长气压103-105Pa；等离子电流密度0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；石墨烯墙沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压5-105Pa；等离子电流密度0-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；或在泡沫基体或已沉金刚石膜层的泡沫基体表面采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在金刚石表面沉积镍、铜、钴的一种或复合改性层；再沉积碳纳米管、石墨烯；得到碳纳米管/石墨烯包覆金刚石膜表面强化的泡沫骨架。
　　12.根据权利要求11所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于：将泡沫基体或已沉积金刚石膜层的泡沫基体清洗、烘干后置于化学气相沉积炉中，沉积石墨烯、碳纳米管、碳纳米管/石墨烯时，在泡沫基体上施加等离子辅助生长，同时在泡沫基体底部添加磁场，将等离子体约束在泡沫基体近表面，强化等离子对泡沫基体表面的轰击，使石墨烯或/和碳纳米管垂直于金刚石表面生长，形成碳纳米管林或石墨烯墙，得到表面均布石墨烯墙包覆金刚石、碳纳米管林包覆金刚石或碳纳米管林/石墨烯墙包覆金刚石的三维空间网络多孔骨架。
　　13.根据权利要求9所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，对泡沫骨架表面种植籽晶的方法是：将泡沫骨架置于纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中，于超声波中震荡、分散均匀，纳米晶和/或微米晶金刚石颗粒吸附在泡沫骨架网孔表面；或配置含有纳米和/或微米金刚石的水溶液或有机溶液，采用电泳沉积法使纳米晶和/或微米晶金刚石颗粒吸附在泡沫骨架网孔表面。
　　14.根据权利要求8-13任意一项所述的一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，泡沫骨架选自方形翅片、矩形翅片、圆形翅片、螺旋形翅片、波纹形翅片、锯齿形翅片、针状翅片、纵向翅片、整体板状翅片中的至少一种。