一种光响应相变储能纤维膜及其制备方法 |
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申请号 | CN202410175469.2 | 申请日 | 2024-02-08 | 公开(公告)号 | CN118029005A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
申请人 | 辽宁大学; | 发明人 | 张向东; 何丽丽; 贾铠; 葛春华; 刘蕊; 关宏宇; | ||||
摘要 | 本 发明 属于功能材料技术领域,具体涉及一种光响应 相变 储能 纤维 膜及其制备方法。制备方法包括如下步骤:将 相变材料 、光响应材料和导热填料加入到 聚合物 溶液中,得到 静电纺丝 原液,将静电纺丝原液装入到 注射器 中,进行静电纺丝处理,从 锡 纸上剥离;进行表面化学交联,得到光响应相变储能纤维膜。本发明合成工艺简便,生产成本低,所制备的光响应相变储能纤维膜同时兼具光热转换与储存和 光致发光 功能,发光强度高,发射 波长 可调,还具有柔性、优异的 力 学性能及透气性,能够满足特定场景的多功能需求,可应用于可穿戴纺织品、显示照明、 荧光 传感器 和 能源 储存等领域。 | ||||||
权利要求 | 1.一种光响应相变储能纤维膜,其特征在于,制备方法包括如下步骤: |
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说明书全文 | 一种光响应相变储能纤维膜及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于功能材料技术领域,具体涉及一种光响应相变储能纤维膜及其制备方法。 背景技术[0002] 相变材料由于具有高相变焓、可重复使用、环境友好、种类丰富等优点,作为理想的储能材料已被广泛应用于太阳能集热器、建筑节能、智能织物等领域。然而,纯相变材料在使用过程中不可避免地存在易泄露、导热系数低、机械性能差等缺点,极大地限制了其进一步的广泛应用。并且迄今为止,大多数传统相变材料仅作为储热材料使用,单一功能的相变材料已不能满足人们对多功能材料日益增长的需求,因此有必要在解决自身固有缺陷的同时丰富其性能以满足多功能要求。 [0003] 近年来,科学家们一直致力于开发新型多功能相变储能材料。光响应型相变储能材料作为相变材料的一种,兼具光致发光、光热转换和热能储能的多重功能,比传统的相变材料具有更广泛的应用范围。另外,光响应型相变材料不仅在储能材料或发光材料方面显示出应用前景,而且在储能荧光探针、相变储能发光服装等领域也显示出潜在的应用价值。 发明内容[0004] 本发明为克服现有技术的不足,提供一种光响应相变储能纤维膜及其制备方法,通过较为简单的工艺制备出具有光响应性的新型相变储能材料。所获得的光响应相变储能纤维膜同时兼具光热转换与储存和光致发光功能,发光强度高,发射波长可调,还具有柔性、优异的力学性能及透气性,能够满足特定场景的多功能需求,拓宽了复合材料同时在光学及热学领域的应用范围。 [0005] 本发明采用的技术方案为:一种光响应相变储能纤维膜,制备方法包括如下步骤: [0007] 2)将相变材料、光响应材料和导热填料加入到步骤1)得到的聚合物溶液中,得到静电纺丝原液; [0008] 3)将步骤2)得到的静电纺丝原液装入到注射器中,进行静电纺丝处理; [0009] 4)将步骤3)处理获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离; [0010] 5)将步骤4)剥离的静电纺丝纤维进行表面化学交联,得到光响应相变储能纤维膜。 [0011] 进一步的,上述的一种光响应相变储能纤维膜,步骤1)中,所述聚合物为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚酰胺6、聚丙烯腈中的任意一种。 [0015] 进一步的,上述的一种光响应相变储能纤维膜,步骤2)中,所述导热填料为功能化的氮化硼纳米片。 [0016] 进一步的,上述的一种光响应相变储能纤维膜,步骤3)中,所述静电纺丝原液由40~70重量份的聚合物、30~60重量份的相变材料、0.1~5重量份的光响应材料和1~10重量份的导热填料组成。 [0017] 进一步的,上述的一种光响应相变储能纤维膜,步骤3)中,所述静电纺丝条件为:进料速度为0.5‑2.5mL/h,电压为10‑20kV,接收距离为10‑15cm,滚筒转速为50‑200rpm,温度为28±3℃。 [0018] 进一步的,上述的一种光响应相变储能纤维膜,步骤4)中,所述静电纺丝纤维从锡纸上剥离后,放在30‑50℃的真空烘箱中干燥。 [0019] 进一步的,上述的一种光响应相变储能纤维膜,步骤5)中,所述静电纺丝纤维用戊二醛进行表面化学交联。 [0020] 本发明的有益效果是:本发明合成工艺易于控制,操作简单,生产成本低,可快速构建光响应相变储能纤维膜,拓宽了复合材料同时在光学及热学领域的应用范围。同时克服了纯相变材料的液相泄漏问题和光响应材料固态荧光猝灭与热猝灭问题。所制备的光响应相变储能纤维膜具有光致发光、光热转换与热能储存多重功能,还具有优异的力学性能、形状稳定柔性、热稳定性、柔性及透气性,可应用于可穿戴纺织品、显示照明、荧光传感器和能源储存等领域。附图说明 [0021] 图1为实施例8所得光响应相变储能纤维膜的扫描电镜图。 [0022] 图2为实施例8所得光响应相变储能纤维膜的DSC曲线。 [0023] 图3为实施例6‑8所得光响应相变储能纤维膜和对比例1所得相变储能纤维膜的发射光谱图。 [0024] 图4为实施例4‑6所得光响应相变储能纤维膜的导热率图。 具体实施方式[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明作进一步具体描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。 [0026] 实施例1 [0027] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0028] (1)将0.8g聚乙烯醇加入到9.2mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0029] (2)将0.8g聚乙二醇、0.016g发射波长为450nm的氮掺杂碳点和0.08g氨基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0030] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以1mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为15kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0031] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0032] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0033] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在365nm的激发光照射下发出明亮的蓝色荧光。 [0034] 实施例2 [0035] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0036] (1)将0.72g聚乙烯醇加入到9.3mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0037] (2)将0.88g聚乙二醇、0.016g发射波长为570nm的氮掺杂碳点和0.08g氨基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0038] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0039] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0040] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0041] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在450nm的激发光照射下发出明亮的黄色荧光。 [0042] 实施例3 [0043] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0044] (1)将0.64g聚乙烯醇加入到9.4mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0045] (2)将0.96g聚乙二醇、0.004g发射波长为450nm与0.012g发射波长为570nm的混合氮掺杂碳点和0.08g羟基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0046] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0047] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0048] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0049] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在365nm的激发光照射下发出明亮的白色荧光。 [0050] 实施例4 [0051] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0052] (1)将0.72g聚乙烯醇加入到9.3mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0053] (2)将0.88g聚乙二醇、0.004g发射波长为450nm与0.012g发射波长为570nm的混合氮掺杂碳点和0.016g羟基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0054] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0055] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0056] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0057] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在365nm的激发光照射下发出明亮的白色荧光。 [0058] 实施例5 [0059] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0060] (1)将0.72g聚乙烯醇加入到9.3mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0061] (2)将0.88g聚乙二醇、0.004g发射波长为450nm与0.012g发射波长为570nm的混合氮掺杂碳点和0.048g羟基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0062] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0063] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0064] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0065] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在365nm的激发光照射下发出明亮的白色荧光。 [0066] 实施例6 [0067] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0068] (1)将0.72g聚乙烯醇加入到9.3mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0069] (2)将0.88g聚乙二醇、0.004g发射波长为450nm与0.012g发射波长为570nm的混合氮掺杂碳点和0.08g羟基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0070] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0071] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0072] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0073] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在365nm的激发光照射下发出明亮的白色荧光。 [0074] 实施例7 [0075] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0076] (1)将0.72g聚乙烯醇加入到9.3mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0077] (2)将0.88g聚乙二醇、0.012g发射波长为450nm与0.036g发射波长为570nm的混合氮掺杂碳点和0.08g羟基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0078] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0079] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0080] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0081] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在365nm的激发光照射下发出明亮的白色荧光。 [0082] 实施例8 [0083] 一种光响应相变储能纤维膜,制备方法如下: [0084] (1)将0.72g聚乙烯醇加入到9.3mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0085] (2)将0.88g聚乙二醇、0.02g发射波长为450nm与0.06g发射波长为570nm的混合氮掺杂碳点和0.08g羟基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0086] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0087] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0088] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到光响应相变储能纤维膜。 [0089] 所制备的光响应相变储能纤维膜具有优异的光热转换与储存性能,在365nm的激发光照射下发出明亮的白色荧光。 [0090] 氮化硼对光响应相变储能纤维膜的影响:由实施例4‑6和附图4可知,随着氮化硼含量的逐渐增加,光响应相变储能纤维膜的导热率提升,这将有利于提高纤维膜的光热转换与储存效率。 [0091] 光响应材料对光响应相变储能纤维膜的影响:由实施例6‑8和附图3可知,随着光响应材料含量的逐渐增加,光响应相变储能纤维膜的光致发光强度增强。 [0092] 对比例1 [0093] 一种相变储能纤维膜,制备方法如下: [0094] (1)将0.72g聚乙烯醇加入到9.3mL去离子水中,在95℃的水浴锅中加热搅拌至完全溶解,冷却至室温后得到PVA溶液; [0095] (2)将0.88g聚乙二醇、0.08g羟基氮化硼纳米片加入到上述PVA溶液中,得到聚乙烯醇/聚乙二醇/氮掺杂碳点/氨基氮化硼纳米片静电纺丝原液; [0096] (3)将制备好的静电纺丝原液倒入10mL的注射器中,用21G钢针以0.8mL/h的进料速度泵出,静电纺丝电压设定为13.5kV,针尖与接收器之间的距离为12cm,滚筒转速固定为200rpm,纺丝温度控制在30℃; [0097] (4)静电纺丝完成后,将获得的静电纺丝纤维从锡纸上剥离,放在50℃的真空烘箱中干燥; [0098] (5)将剥离的静电纺丝纤维置于35℃的戊二醛蒸汽中交联处理24h,得到相变储能纤维膜。 [0099] 图1是实施例8所得光响应相变储能纤维膜的扫描电镜图,与戊二醛交联反应后的光响应相变储能纤维产生了许多粘合键,使相邻的纤维连接成更致密的结构。 [0100] 图2是实施例8所得光响应相变储能纤维膜的DSC曲线,样品的DSC曲线表现出良好的热焓和适宜的熔融/结晶温度,说明光响应相变储能纤维膜具有主动可逆热调节的热量储存/释放性能。 [0101] 图3是实施例6‑8所得光响应相变储能纤维膜和对比例1所得相变储能纤维膜的发射光谱图,可以看出相变储能纤维膜几乎没有荧光发射。 [0102] 图4是实施例4‑6所得光响应相变储能纤维膜的导热率图,随着氮化硼含量的逐渐增加,光响应相变储能纤维膜的导热率提升。 |