阅读说明：本技术 一种仿生自修复储热复合材料及其制备方法 (Bionic self-repairing heat storage composite material and preparation method thereof ) 是由 田丽梅 李子源 王养俊 王欢 商震 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种仿生自修复储热复合材料及其制备方法,属于相变储热材料技术领域。本发明模仿长骨骨髓腔内容纳骨髓的结构,由多元芯材填充入多孔陶瓷骨架空隙种而成,所述多孔陶瓷骨架为相互连通的开孔结构,并且孔丝为内部为中空,多元芯材全部填充入孔丝形成的空隙中,多元芯材中与孔丝材料浸润性最佳的组分单独填充于孔丝的中空腔体中。本发明通过提前向陶瓷孔丝中空部分填充浸润性较好的组分,减缓多元芯材在孔丝表面的偏析,解决了多元芯材在陶瓷骨架壁面发生偏析的问题。(The invention discloses a bionic self-repairing heat storage composite material and a preparation method thereof, and belongs to the technical field of phase change heat storage materials. The invention imitates the structure of long bone marrow cavity for accommodating marrow, which is formed by filling a plurality of core materials into the gaps of a porous ceramic framework, wherein the porous ceramic framework is of an open pore structure which is communicated with each other, the pore yarns are hollow inside, the plurality of core materials are all filled into the gaps formed by the pore yarns, and the components with the best wettability with the pore yarn materials in the plurality of core materials are separately filled into the hollow cavities of the pore yarns. According to the invention, the hollow part of the ceramic porous filament is filled with the component with better wettability, so that the segregation of the multi-element core material on the surface of the porous filament is slowed down, and the problem of the segregation of the multi-element core material on the wall surface of the ceramic framework is solved.)

一种仿生自修复储热复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于相变储热材料技术领域。

背景技术

复合相变储热材料由相变芯材和载体骨架组成，其中相变芯材作为热量储存的载体，载体骨架起到增强导热和负载的作用。对于中高温储热系统，芯材为熔融盐，骨架通常为陶瓷材料。为了达到系统运行的温度要求，通常需要对相变芯材进行复配，形成二元或多元材料，使其相变温度点接近系统运行温度。由于不同熔盐对陶瓷骨架表面的浸润性的差异，在骨架表面极易发生成分偏析，影响复合相变储热材料的使用性能及寿命。

发明内容

为了解决多元芯材在陶瓷骨架壁面发生偏析的问题，模仿长骨骨髓腔内容纳骨髓的结构，本发明提出了一种仿生自修复储热复合材料。

本发明由多元芯材填充入多孔陶瓷骨架空隙种而成，所述多孔陶瓷骨架为相互连通的开孔结构，并且孔丝为内部为中空，多元芯材全部填充入孔丝形成的空隙中，多元芯材中与孔丝材料浸润性最佳的组分单独填充于孔丝的中空腔体中。

所述的陶瓷骨架材料选自碳化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅中的一种；

所述的相变芯材选自硝酸钠、硝酸钾等硝酸盐或亚硝酸盐，氯化钠、氯化钾等氯化盐，碳酸钠、碳酸钾等碳酸盐以及氟盐中的两种以上。

优选的，多元芯材由相变芯材A与相变芯材B组成，其中相变芯材A与骨架表面的浸润性要好于相变芯材B。相变芯材A为氯化钾，相变芯材B为氯化钠。

仿生自修复储热复合材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将孔径为0.5-3mm聚氨酯海绵用浓度为10-25wt％NaOH溶液浸泡1.5-3小时。

2)将聚氨酯海绵浸入陶瓷浆料中，使浆料完全充满海绵内部，并将多余的浆料挤出，海绵丝网表面附着的浆料厚度在0.2-0.5mm，之后静止干燥24小时定型。

3)将定型后的泡沫置入高温炉中，在500-600℃保温2小时，将聚氨酯烧除，之后继续升温至1400℃-1500℃并保温1-2小时，获得多孔陶瓷；

4)先将陶瓷骨架浸入熔融的相变芯材A中一段时间，之后在熔融状态下将陶瓷骨架取出，大孔中的融盐会自行流出，而孔丝中空结构中的熔盐由于毛细作用不会流出。

5)将步骤4中的骨架浸入相变芯材A和相变芯材B的二元熔盐中，待芯材完全充满陶瓷骨架的空隙中后，停止加热，待芯材冷却凝固后，取出骨架-芯材复合材料，并去除骨架表面多余的芯材，获得复合相变储热材料。相变芯材A与相变芯材B的质量比为(9:1)～(1:9)。

本发明的有益效果：

由于多元相变芯材中各组分对陶瓷壁面的浸润性差异，易在孔丝表面发生成分偏析，通过提前向陶瓷孔丝中空部分填充浸润性较好的组分，减缓多元芯材在孔丝表面的偏析。

附图说明

图1孔丝中空结构

图2自修复储热复合材料结构

具体实施方式

下面以具体实施例的形式对本发明技术方案做进一步解释和说明。

1)将孔径为0.5-3mm聚氨酯海绵用20wt％NaOH溶液浸泡2小时。

2)将聚氨酯海绵浸入陶瓷浆料中，使浆料完全充满海绵内部，并将多余的浆料挤出，海绵丝网表面附着的浆料厚度在0.2-0.5mm，之后静止干燥24小时定型。

3)将定型后的泡沫置入高温炉中，在500-600℃保温2小时，将聚氨酯烧除，之后继续升温至1450℃并保温2h，获得多孔陶瓷；获得的多孔陶瓷具有以下特征：a)空隙三维结构与聚氨酯泡沫相同,为相互连通的结构；b)陶瓷孔丝外径大于聚氨酯泡沫孔丝外径，并且聚氨酯高温烧除后在孔丝内形成中空结构。

4)先将陶瓷骨架浸入熔融的相变芯材A(氯化钾)中一段时间，之后在熔融状态下将陶瓷骨架取出，大孔中的融盐会自行流出，而孔丝中空结构中的熔盐由于毛细作用不会流出。

5)将步骤4中的骨架浸入相变芯材A和相变芯材B(氯化钠)的二元熔盐中，待芯材完全充满陶瓷骨架的空隙中后，停止加热，待芯材冷却凝固后，取出骨架-芯材复合材料，并去除骨架表面多余的芯材，获得复合相变储热材料。相变芯材A与相变芯材B的质量比为1:1。

以相变点温度的偏移为参考。氯化钠和氯化钾混合后的熔点为650℃左右，低于氯化钠和氯化钾的熔点，相变复合材料在经过若干次升降温循环后，二元或多元芯材会发生组分偏析，导致熔点发生变化。在相同循环相同次数内熔点的变化越越小则复合材料使用寿命越长。

对比例为上述实施例中省略第四步获得的材料，即所有空隙种均为芯材A+B。

样品	实施例熔点变化	对比例熔点变化
			循环次数10h 60	1.1℃	1.7℃
循环次数30h 180	2.7℃	3.1℃
			循环时间50h 360	3.8℃	4.6℃