本发明属于相变材料，涉及一种复合相变材料，尤其涉及一种低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料及其制备方法。
背景技术：
1、相变储热技术是指利用相变材料在发生相变过程中来储存和释放热量，其中大部分热量为相变潜热。该技术由于具有较高的储热密度和较为恒定的相变温度，有益于减小储热设备的体积，便于安装应用，已经在建筑节能、动力电池温控和电子元器件散热等领域得到了广泛的研究。然而，相变材料导热系数低、传热性能差的共性问题严重限制了相变材料的实际应用。
2、现有技术中，通过以高导热材料为基体，与相变材料进行复合而形成复合相变材料来提升相变材料的性能。常用的基体有多孔纳米粒子、碳纤维、膨胀石墨、泡沫金属等。例如，cn117821024a公开了一种mxene/高粱秸秆生物质气凝胶基复合相变材料的制备方法，以mxene/高粱秸秆生物质气凝胶为相变材料载体。
3、然而，现有载体虽然显著提高了材料的有效导热率，但难以保证光热转化效率和储热密度，仍面临着复合相变材料综合性能差、制备工艺复杂、支撑材料成本高，难以实现放大制备等问题。
4、因此，需要提供一种低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料及其制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料及其制备方法，通过材料中的低共熔溶剂基多孔碳载体和金属组分，同时确保材料的高储热密度和导热系数。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、(1)将氢键供体和氢键受体混合反应，得到低共熔溶剂；
5、(2)将步骤(1)所得低共熔溶剂、金属氧化物与磷酸混合反应，得到金属-碳前体；
6、(3)将步骤(2)所得金属-碳前体进行煅烧，得到低共熔溶剂基金属-碳基体；
7、(4)将步骤(3)所得低共熔溶剂基金属-碳基体与液态相变材料混合进行真空浸渍，得到低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料。
8、本发明提供的制备方法，基于无模板法工艺，以低共熔溶剂为碳源材料，在低共熔溶剂上络合金属氧化物，合成的金属-碳基体是在前体基础上利用材料自分解形成气体挥发后形成多孔结构，基体保持高孔隙率，通过基体中的金属实现导热系数调节，浸渍相变材料后的复合相变材料兼具高储热密度和光热转化效率。采用本发明的制备工艺可以实现复合相变材料导热、储热和光热转换性能的可控调节，合成具有不同导热系数、熔点和光热转换效率的复合相变储能材料，提升储热技术在不同热源、不同温区和不同场景的应用前景。
9、本发明提供的方法工艺流程简单，制备成本低，相较传统金属多孔介质和碳多孔介质具有明显的材料成本优势，且原子利用率100％，制备过程无需大量强酸强碱，易于实现放大。
10、优选地，步骤(1)所述氢键供体包括有机酸。
11、优选地，所述有机酸包括草酸、乳酸、柠檬酸和苹果酸的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括草酸与乳酸的组合，乳酸与柠檬酸的组合，柠檬酸与苹果酸的组合，草酸、乳酸与柠檬酸的组合，乳酸、柠檬酸与苹果酸的组合，或，草酸、乳酸、柠檬酸与苹果酸的组合。
12、优选地，步骤(1)所述氢键受体包括氯化胆碱。
13、优选地，步骤(1)所述氢键供体与氢键受体的摩尔比为(1-2):1，例如可以是1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1或2:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
14、优选地，步骤(1)所述混合的方式包括搅拌。
15、优选地，步骤(1)所述反应的温度为70-90℃，例如可以是70℃、75℃、80℃、85℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16、优选地，步骤(1)所述反应的时间为1.5-2.5h，例如可以是1.5h、1.8h、2h、2.3h或2.5h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
17、优选地，步骤(2)所述金属氧化物的金属元素包括al、fe、ni、cu或bi的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括al与fe的组合，ni与cu的组合，cu与bi的组合，al、fe与ni的组合，ni、cu与bi的组合，或，al、fe、ni、cu与bi的组合。
18、优选地，步骤(2)所述低共熔溶剂与金属氧化物的质量比为(100-600):1，例如可以是100:1、200:1、300:1、400:1、500:1或600:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19、优选地，步骤(2)所述金属氧化物与磷酸的摩尔比为1:1，保证磷原子与金属原子摩尔比为1:1。
20、优选地，步骤(2)所述混合的方法包括搅拌。
21、优选地，步骤(2)所述反应的温度为120-140℃，例如可以是120℃、125℃、130℃、135℃或140℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
22、优选地，步骤(2)所述反应的时间为5-7h，例如可以是5h、5.5h、6h、6.5h或7h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23、优选地，步骤(3)所述煅烧的升温速率为2-3℃/min，例如可以是2℃/min、2.2℃/min、2.5℃/min、2.8℃/min或3℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24、优选地，步骤(3)所述煅烧的过程包括：依次升温至90-110℃、140-160℃、190-210℃、240-260℃、290-310℃、340-360℃和390-410℃，在每个温度段分别独立地保温1.4-1.6h。
25、其中，升温至90-110℃，例如可以是90℃、95℃、100℃、105℃或110℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
26、其中，升温至140-160℃，例如可以是140℃、145℃、150℃、155℃或160℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
27、其中，升温至190-210℃，例如可以是190℃、195℃、200℃、205℃或210℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
28、其中，升温至240-260℃，例如可以是240℃、245℃、250℃、255℃或260℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
29、其中，升温至290-310℃，例如可以是290℃、295℃、300℃、305℃或310℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
30、其中，升温至340-360℃，例如可以是340℃、345℃、350℃、355℃或360℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
31、其中，升温至390-410℃，例如可以是390℃、395℃、400℃、405℃或410℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
32、其中，保温时间为1.4-1.6h，例如可以是1.4h、1.45h、1.5h、1.55h或1.6h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
33、优选地，步骤(4)中液态相变材料相较于低共熔溶剂基金属-碳基体过量。
34、优选地，步骤(4)所述真空浸渍的温度为120-140℃，例如可以是120℃、125℃、130℃、135℃或140℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
35、优选地，步骤(4)所述真空浸渍的时间为10-14h，例如可以是10h、11h、12h、13h或14h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
36、作为本发明提供制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
37、(1)将摩尔比为(1-2):1的氢键供体和氢键受体搅拌混合，在70-90℃下进行共融反应，反应时间为1.5-2.5h，得到低共熔溶剂；
38、(2)将步骤(1)所得低共熔溶剂、金属氧化物与磷酸混合，其中，低共熔溶剂与金属氧化物的质量比为(100-600):1，金属氧化物与磷酸的摩尔比为1:(0.9-1.1)，在120-140℃下进行络合反应，反应时间为5-7h，得到金属-碳前体；
39、(3)将步骤(2)所得金属-碳前体进行煅烧，以2-3℃/min的升温速率依次升温至90-110℃保温1.4-1.6h、140-160℃保温1.4-1.6h、190-210℃保温1.4-1.6h、240-260℃保温1.4-1.6h、290-310℃保温1.4-1.6h、340-360℃保温1.4-1.6h和400-500℃保温1.4-1.6h，待产物冷却，收集得到低共熔溶剂基金属-碳基体；
40、(4)将步骤(3)所得低共熔溶剂基金属-碳基体与液态相变材料混合，120-140℃下进行10-14h真空浸渍，得到所述低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料。
41、第二方面，本发明提供一种低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料，所述低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料由第一方面所述的制备方法制备得到。
42、本发明提供的复合相变材料基体保持高孔隙率，通过金属元素实现导热系数调节，兼具高储热密度和光热转化效率。
43、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
44、本发明提供的制备方法工艺简单、成本低，原子利用率达到100％；所得复合相变材料的基体保持高孔隙率，通过金属元素实现导热系数调节，兼具高储热密度和光热转化效率，潜热储热密度达到200kj/kg，光热转化效率达到83％。
1.一种低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氢键供体包括有机酸；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应的温度为70-90℃；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述金属氧化物的金属元素包括al、fe、ni、cu或bi的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述低共熔溶剂与金属氧化物的质量比为(100-600):1；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的温度为120-140℃；
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述煅烧的升温速率为2-3℃/min；
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述真空浸渍的温度为120-140℃；
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
10.一种低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料，其特征在于，所述低共熔溶剂基金属-碳复合相变材料由权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
