本發(fā)明涉及相變儲能，尤其涉及基于溫敏型水凝膠封裝的相變儲能復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、相變儲能材料（pcm）因其在熱管理和能源存儲領域的巨大潛力而受到廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)pcm在實際應用中面臨諸多挑戰(zhàn)，主要包括以下幾個方面：

2、1.相變過程中的泄漏問題：

3、許多pcm，尤其是有機pcm，在熔化狀態(tài)下容易泄漏，這不僅降低了材料的儲能效率，還可能污染周圍環(huán)境。雖然微膠囊化技術(shù)可以在一定程度上解決這個問題，但微膠囊壁材的選擇和制備過程復雜，且易破裂，長期使用效果不佳。

4、2.導熱性能不足：

5、大多數(shù)pcm，特別是有機pcm，具有較低的熱導率，這限制了其在熱管理應用中的效果。雖然添加導熱填料可以改善熱傳導，但往往會降低材料的相變潛熱和力學性能。

6、3.相變溫度固定：

7、傳統(tǒng)pcm的相變溫度通常是固定的，這限制了其在不同溫度環(huán)境下的應用范圍。雖然可以通過混合不同pcm來調(diào)節(jié)相變溫度，但這種方法往往導致相變溫度范圍過寬，降低了儲能效率。

8、4.力學性能差：

9、純pcm通常呈現(xiàn)為粉末或液體狀態(tài)，難以直接應用于需要一定強度和形狀穩(wěn)定性的場合。雖然可以將pcm與聚合物基體復合，但pcm含量的增加通常會顯著降低復合材料的力學性能。

10、5.循環(huán)穩(wěn)定性不足：

11、長期的熱循環(huán)過程中，pcm可能發(fā)生相分離、化學降解或與基體材料發(fā)生不良反應，導致儲能性能下降。雖然添加穩(wěn)定劑可以在一定程度上緩解這個問題，但往往會引入新的兼容性問題。

12、6.多功能化難度大：

13、在某些應用場景中，需要pcm材料具備儲能以外的其他功能，如自適應調(diào)溫、形狀記憶等。然而，傳統(tǒng)pcm復合材料難以實現(xiàn)這些多功能特性。

14、因此，急需提供一種基于溫敏型水凝膠封裝的相變儲能復合材料及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于溫敏型水凝膠封裝的相變儲能復合材料及其制備方法。

2、基于溫敏型水凝膠封裝的相變儲能復合材料，所述復合材料包括以下重量份的組分：

3、20—50份相變材料；

4、40—80份n-異丙基丙烯酰胺單體；

5、0.5—5份交聯(lián)劑；

6、0.1—2份引發(fā)劑；

7、100—200份聚酰亞胺。

8、具體地，所述相變材料選自直鏈飽和脂肪醇，其通式為ch3(ch2)noh，其中n為10-20的整數(shù)。

9、具體地，所述直鏈飽和脂肪醇選自1-十二醇、1-十四醇、1-鯨蠟醇、1-十八醇和1－二十醇中的一種或幾種。

10、具體地，所述交聯(lián)劑選自n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺或n,n'-亞甲基雙甲基丙烯酰胺。

11、具體地，所述引發(fā)劑選自過硫酸銨或2,2'-偶氮二異丁腈。

12、具體地，還包括5—20份溫度調(diào)節(jié)共聚單體，所述溫度調(diào)節(jié)共聚單體選自n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙基丙烯酰胺和n-丙烯?；量┩橥械囊环N或幾種。

13、具體地，所述聚酰亞胺選自pmda-oda型聚酰亞胺、bpda-pda型聚酰亞胺、btda-oda型聚酰亞胺和pmda-bapb型聚酰亞胺中的一種或幾種。

14、制備所述復合材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：

15、(1)?將n-異丙基丙烯酰胺單體、相變材料、交聯(lián)劑和去離子水混合，在0.01-0.1mpa真空下處理5—10分鐘；

16、(2)?在氮氣保護下，將混合物升溫至40-45℃攪拌溶解；

17、(3)?向所述混合物中加入引發(fā)劑，并在300—500w微波功率下輻射1—3分鐘引發(fā)聚合；

18、(4)?在氮氣氛圍下，將反應溫度升至70-75℃，繼續(xù)反應4—6小時；

19、(5)?將得到的水凝膠在45-50℃下真空干燥24—48小時，獲得干燥的復合物；

20、(6)?將聚酰亞胺溶于n-甲基吡咯烷酮或n,n-二甲基甲酰胺中，攪拌至完全溶解，得到聚酰亞胺溶液；

21、(7)?將步驟（5）得到的干燥復合物粉碎，過100目篩，加入步驟（6）得到的聚酰亞胺溶液中，室溫攪拌2—3小時；

22、(8)?將步驟（7）得到的混合溶液倒入模具中，在80-100℃真空干燥12—24小時；

23、(9)?將干燥后的薄膜在200-250℃、5-10?mpa下熱壓30—60分鐘，冷卻至室溫，得到所述復合材料。

24、具體地，步驟（1）中，n-異丙基丙烯酰胺單體與相變材料的重量比為2:1至4:1。

25、具體地，步驟（3）中，聚酰亞胺與溶劑的重量比為1:2至1:4。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠達到以下有益效果：

27、1.溫敏型水凝膠網(wǎng)絡可以有效封裝pcm，防止其在熔化狀態(tài)下泄漏。水凝膠的溫敏特性還能根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能封裝。通過調(diào)節(jié)水凝膠的低臨界溶解溫度（lcst），可以精確控制復合材料的相變溫度，使其適應不同的應用環(huán)境。水凝膠網(wǎng)絡與聚酰亞胺基體形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，顯著提高了復合材料的力學性能，同時保持了較高的pcm含量。水凝膠封裝有效防止了pcm的相分離和化學降解，聚酰亞胺基體的高穩(wěn)定性進一步提升了材料的長期使用性能。溫敏型水凝膠不僅起到封裝作用，還賦予了材料溫度響應特性，實現(xiàn)了儲能與智能調(diào)溫的多功能協(xié)同。水凝膠網(wǎng)絡可能通過界面作用影響pcm的結(jié)晶行為，優(yōu)化其相變特性，提高儲能效率。水凝膠封裝與聚酰亞胺基體的協(xié)同作用顯著提高了復合材料的耐熱性，擴大了其應用溫度范圍。

28、2.本發(fā)明引入了真空輔助技術(shù)在水凝膠合成過程中。具體而言，在步驟（1）中，我們在加入原料后，先對反應體系進行5—10分鐘的真空處理（壓力為0.01-0.1?mpa）。這一步驟可以有效去除體系中的溶解氣體，減少氣泡的形成，從而獲得更均勻、致密的水凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。在步驟（3）中，我們采用微波輻射（功率300—500w，時間1—3分鐘）來引發(fā)聚合反應，取代傳統(tǒng)的熱引發(fā)方法。微波輻射可以實現(xiàn)快速、均勻地加熱，促進單體的均勻聚合，形成更加規(guī)整的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

29、3.雖然聚酰亞胺在其他水凝膠/氣凝膠研究中也有應用，但本發(fā)明中聚酰亞胺的作用是獨特的：通過優(yōu)化制備工藝，我們實現(xiàn)了水凝膠網(wǎng)絡與聚酰亞胺分子鏈的納米級互穿，形成真正的互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（ipn）。這種結(jié)構(gòu)極大增強了材料的力學性能和熱穩(wěn)定性。聚酰亞胺分子鏈上的酰亞胺基團可以與水凝膠網(wǎng)絡形成氫鍵，顯著提高了兩相的界面相容性和結(jié)合強度。聚酰亞胺的剛性骨架與水凝膠的柔性網(wǎng)絡形成對比，在溫度變化時可以產(chǎn)生協(xié)同的收縮/膨脹效應，增強了材料的溫度響應性。

30、4.真空輔助技術(shù)和微波引發(fā)聚合的應用，確保了pcm在水凝膠網(wǎng)絡中的均勻分布，提高了封裝效率和穩(wěn)定性。多重交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)使得材料對溫度變化的響應更加靈敏和可控，實現(xiàn)了更精確的相變溫度調(diào)節(jié)。水凝膠與聚酰亞胺形成的互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)顯著提高了材料的力學強度，使其在保持高pcm含量的同時，具有優(yōu)異的機械性能。多重交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的不同尺寸網(wǎng)孔可以實現(xiàn)對不同尺度熱量的有效管理，提高了材料的整體熱調(diào)節(jié)能力。聚酰亞胺基體與水凝膠網(wǎng)絡的強相互作用，大大提高了材料的長期使用穩(wěn)定性，減少了pcm的泄漏和相分離問題。

31、5.pnipaam水凝膠在lcst以下膨脹時，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可能會影響pcm的結(jié)晶行為，導致pcm形成更小、更均勻的晶體。這種納米尺度的結(jié)晶調(diào)控可能會提高pcm的相變潛熱和相變速率。當溫度升高超過lcst時，水凝膠收縮會擠壓pcm，可能加速熱量的釋放。聚酰亞胺分子鏈與水凝膠網(wǎng)絡形成的互穿結(jié)構(gòu)不僅提高了材料的力學性能，還可能產(chǎn)生了一種分子級彈簧效應。當受到外力時，聚酰亞胺的剛性骨架提供主要的抗拉強度，而水凝膠網(wǎng)絡則提供彈性和韌性，兩者協(xié)同作用，使材料具有優(yōu)異的力學性能和抗疲勞特性。

32、除溫度響應外，通過引入不同的共聚單體，材料可能獲得對ph、離子強度等其他刺激的響應性。這種多重刺激響應特性為材料在智能控制和自適應系統(tǒng)中的應用開辟了新的可能。水凝膠網(wǎng)絡中的動態(tài)交聯(lián)點（如氫鍵）與聚酰亞胺分子鏈之間的相互作用，可能賦予材料一定的自修復能力。當材料受到輕微損傷時，這些動態(tài)相互作用可以重新建立，實現(xiàn)材料的自修復。雖然單獨的水凝膠和聚酰亞胺都不是優(yōu)良的導熱材料，但它們形成的互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可能會創(chuàng)造出優(yōu)先的熱傳導通道。pcm在這種結(jié)構(gòu)中的分布可能會進一步優(yōu)化熱量的傳遞和存儲。

33、這些協(xié)同效應和意想不到的技術(shù)效果源于本發(fā)明獨特的材料設計和制備方法。通過精心設計的多重交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、真空輔助技術(shù)和微波引發(fā)聚合等創(chuàng)新方法，我們實現(xiàn)了pcm、溫敏水凝膠和聚酰亞胺基體在分子和納米尺度上的協(xié)同作用，從而獲得了超越各組分簡單疊加的性能提升。這種多組分、多尺度的協(xié)同機制為開發(fā)新一代智能相變儲能材料提供了新的思路和可能性。

34、溫敏型水凝膠（如聚n-異丙基丙烯酰胺）在lcst以下呈親水性，網(wǎng)絡膨脹，有效封裝pcm；在lcst以上呈疏水性，網(wǎng)絡收縮，可能促進熱傳遞。同時，水凝膠網(wǎng)絡與聚酰亞胺基體通過氫鍵等相互作用形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，既提供了力學強度，又不影響pcm的相變過程。這種多層次、多尺度的協(xié)同作用機制是本發(fā)明優(yōu)異性能的根本保證，為解決傳統(tǒng)pcm面臨的諸多問題提供了一種創(chuàng)新的解決方案。