(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211111505.6 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510630 广东省广州市天河区五山路 (72)发明人 陈港　贺莹莹　王淳玉　叶芷欣　 陈瑾轩　 (74)专利代理 机构 广州艾维专利商标代理事务 所(普通合伙) 44739 专利代理师 黄强 (51)Int.Cl. C08J 3/075(2006.01) C08F 220/56(2006.01) C08F 222/38(2006.01) C08F 2/48(2006.01) C08L 33/26(2006.01)C08L 1/02(2006.01) C08L 91/06(2006.01) C08K 3/22(2006.01) C08K 5/053(2006.01) C08K 3/04(2006.01) F28D 20/02(2006.01) C09K 5/06(2006.01) (54)发明名称 一种相变水凝胶材 料及其制备方法 (57)摘要 本发明涉及一种相变水凝胶材料及其制备 方法。 本发 明首先利用纳米纤维素作为模板分散 碳纳米管， 再加入四氧化三铁， 经高速搅拌和超 声共同稳定石蜡液滴； 通过紫外光引发丙烯酰胺 聚合， 得到结构中镶嵌着类似红毛丹 结构石蜡微 球的相变水凝胶。 制得的相变水凝胶具有优异的 结构稳定性、 抗冻性、 耐热性和柔韧性， 可完全折 叠和卷曲； 石 蜡在纳米纤维素/碳纳米管/四氧化 三铁复合壳的保护下热充放循环次数＞200次。 制得的相变水凝胶吸收大量的废热后与温差发 电机结合， 输出电压和电流分别为400 ‑500mV和 70‑100mA， 输出功率密度 达到20‑30W/m2。 本发明 制备过程简便， 无有机溶剂， 绿色环保， 制得的相 变水凝胶在废热回收和温差发电方面有良好的 应用前景。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 115449092 A 2022.12.09 CN 115449092 A 1.一种相变水凝胶的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 制 备Pickering乳液： 利用纳米纤维素分散碳纳米管， 再加入四氧化三铁、 丙烯 酰胺和甘油得到均匀的水分散液， 随后与相变材料混合， 高速搅拌和超声后得到Picker ing 乳液； 步骤2， 制 备相变水凝胶： 向步骤1中制得的Pickering乳液中加入引发剂和交联剂， 通 过紫外光引发丙烯酰胺聚合得到相变水凝胶。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤1中所述相变材料包括石蜡、 十二 烷、 十八烷、 二十烷、 二十八烷、 月桂酸和硬脂酸中的至少一种。 3.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤1中所述水分散液中， 纳米纤维素 的浓度为0.2 ‑1.5wt%， 碳纳米管的浓度为0.2 ‑2.5wt%， 丙烯酰胺的浓度为10 ‑45wt%， 甘油的 浓度为5‑50wt%， 四氧化 三铁的浓度为0.1 ‑6.0wt%。 4.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤1中所述纳米纤维素包括从植物 原料和细菌中提取的纤维素纳米晶和纤维素纳米纤丝中的一种或两种。 5.根据权利要求1所述的制备 方法， 步骤1中所述分散液与相变材 料体积比为5 ‑50:1。 6.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤2中所述引发剂的质量为0.01 ‑ 1.0g， 交联剂的质量 为0.01‑1.0g。 7.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤2中所述紫外灯的功率为50 ‑ 350W， 照射时间为1 ‑120min。 8.根据权利 要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤2中所述高速搅拌的转速为1000 ‑ 10000rpm， 超声的时间为5 ‑30min。 9.根据权利要求1 ‑8任一项所述制备 方法制备 得到的相变水凝胶材 料。 10.根据权利要求9所述的相变水凝胶材 料在热能储 存领域中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115449092 A 2一种相变水凝胶材料及其制备方 法 技术领域 [0001]本发明属于废热利用和热能储存应用技术领域， 特别是涉及一种相变水凝胶材料 及其制备 方法。 背景技术 [0002]随着石油基能源的持续使用， 急剧地增加了能源消耗， 导致了环境污染。 因此， 开 发高效的蓄能材料将大量减少对化石能源的消耗。 热能广泛地分布在我们的生产和生活 中， 比如： 太阳辐射的热能、 工业产生的废热、 人体热量等。 如果大量的热能能够在供给时储 存和释放， 对于缓解能源危机、 减轻环境污染、 促进可持续发展具有重要意义， 利于实现碳 达峰、 碳中和的目标。 [0003]有机相变材料在相变过程中可以吸收和释放大量的热能， 其具有化学性质稳定、 过冷度小、 无腐蚀性、 无毒等优点， 被广泛应用于太阳能光 ‑热‑电转化、 工业余热回收、 热管 理和建筑节能等领域。 但是， 有机相变材料自身存在固有的缺点： 在相变过程中熔体易泄漏 和导热率低， 这限制 了它们的应用。 研究者们将有机相变材料封装在微胶囊中可以有效地 解决泄漏问题， 例如， 专利申请201710029267.7中公开了一种具有隔离结构的石墨烯导热 定形相变材料的制备方法： 将有机相变材料加入到表面活性剂 /氧化石墨烯水分散液中， 乳 化， 再经回流反应， 得到具有核壳结构的相变材料； 最后通过热压成型制备石墨烯/相变复 合材料。 然而， 制备过程中添加表 面活性剂来稳定有机相变材料， 得到的乳液不稳定、 有毒、 对环境不友好； 并且制备出 的相变复合材料缺乏柔韧性。 因此， 通过简便、 高效的方法制备 高柔韧性和耐用性的相变复合材 料仍是一个挑战。 [0004]得益于相变复合材料能高效地储存和释放热能， 在 太阳能光 ‑热‑电转化系统中具 有应用潜力。 Tao  Yuan等人报道了石墨烯/石蜡相变复合材料在2个模拟太阳光下吸收光能 并转化为热能后与温差发电机结合， 输出电压和电流分别为 117.1mV和78.5 μA， 功率密度为 6.34W/m2。 该制得的相变复合材料缺乏柔韧性， 并且输出电能的功率密度较低。 此外， 太阳 能存在不连续性和间歇性， 无法连续地输出。 在工业生产和日常生活中存在大量的废热， 将 这些废热进行回收和利用， 可以有效地缓解电能供需之间的不匹配。 Anbang  Liu等人报道 了碳纳米管/石蜡相变复合材料在60℃吸收热能后与温差发电机结合， 输出 的最大电压约 为4.5mV； 但是 该相变复合材 料产生的电能较低。 发明内容 [0005]针对上述现有技术存在的问题， 本发明提供一种相变水凝胶及其制 备方法， 改善 相变复合材 料的综合 性能和提高废热的利用。 [0006]为实现上述目的， 本发明提供了如下 方案： 本发明目第一方面 提供了一种相变水凝胶的制备 方法， 包括以下步骤： 步骤1， 制备Pickering乳液： 利用纳米纤维素分散碳纳米管， 再加入四氧化三铁、 丙烯酰胺和甘油得到均匀的水分散液， 随后与相变材料混合， 高速搅拌和超声后得到说　明　书 1/6 页 3 CN 115449092 A 3