本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种大尺寸石墨烯片层制备高强度、高导热石墨烯泡沫储能材料的方法。
背景技术：
1、
2、在众多的能源储存技术中，热能的存储是目前最有前途的存储技术之一。热能存储可以大容量、大规模的存储热能，并且随着如今材料的发展还有着高的能量密度、高的转化效率和低的应用成本。因此相变储能复合材料在利用相变材料相变时吸收或者放出热量的特点，起到削峰填谷的作用，将余热储存起来，在需要时释放热量以解决因热能供需不匹配而造成的问题，同时最大限度地提高能源利用效率。
3、由于在当前所研究的相变储能复合材料的热导率普遍较低，因此提升其响应速度就是一个难点。相变储能复合材料中的骨架材料作为热传导的重中之重，因此需要高导热的材料进行制备，而石墨烯作为当前炙手可热的二维材料有着高的面内热导率(2000～5000w/m.k)，并在导热材料方面上也得到广泛得应用。但由于二维材料的结构特殊性，使得其声子扩散模式也不尽相同，因此需要石墨烯骨架有着高度的定向性才能发挥其高导热的特性。通过研究表明，高分子熔体在高压下流动时，其内部的分子链会发生解缠结和重新排列过程的从而获得高度分子链的取向性。因此，通过高分子熔体的剪切流动性制备高定性向的石墨烯骨架是有望获得快响应的相变储能复合材料的方案。
技术实现思路
1、针对快响应的相变储能复合材料的迫切需要，本发明提供一种大尺寸石墨烯片层制备高强度、高导热石墨烯泡沫储能材料的方法。首先，基于喷雾干燥的方法制备石墨烯/聚乙二醇复合粉体，通过加热熔融令聚乙二醇熔体化，通过其高黏度在模压时产生的强大剪切流动令石墨烯纳米片沿着一个方向高度取向，从而令石墨烯高面内热导率的特性得到最大程度的发挥。然后借助真空辅助灌注的方式和相变材料复合获得快响应的相变储能复合材料。具体是按照以下步骤进行的：
2、1)石墨烯/聚乙二醇复合固体的制备：将石墨烯浆料与聚乙二醇(peg)置于行星搅拌器中以2000-4500r/min的速率搅拌1h，使得石墨烯浆料处于纳米分散的状态，然后通过喷雾干燥设备，在温度为100～200℃、喷射速率为0.5m/s～5m/s的条件以下，将石墨烯浆料喷射在收集装置内，从而获得石墨烯/聚乙二醇复合固体粉末；
3、2)高定向石墨烯/聚乙二醇骨架的制备：将1)中制得的石墨烯/聚乙二醇粉末置于可以控温的模压装置中，在一定温度下令石墨烯/聚乙二醇粉末中的聚乙二醇熔融，令其具有加工流动性，再通过模压装置使熔融的聚乙二醇在模具内平向流动，从而带动石墨烯纳米片的偏转以及流动，获得高定向的石墨烯纳米片，在此过程中通过控制模压速度以及石墨烯/聚乙二醇骨架中聚乙二醇的质量分数，使得石墨烯纳米片获得不同程度的取向；
4、3)高定向石墨烯骨架石墨化处理：将2)中获得将高定向石墨烯/聚乙二醇骨架放入石墨化炉中，在惰性气体氛围下进行1-5h的石墨化处理，去除内部的高分子分散剂和聚乙二醇，修复石墨烯纳米片本身的缺陷,石墨化处理的温度为2700℃-3000℃；
5、4)高定向石墨烯骨架的二次致密化：将3)中获得将高定向石墨烯骨架置于3)的模压模具中再次模压令原本不搭接的石墨烯纳米片重新搭接；
6、5)在石墨烯骨架中灌注相变储能材料：将4)中获得的石墨烯骨架置于相变材料中，在真空度为-0.1mpa的烘箱中升温使得相变材料熔化，熔化后在真空负压的作用灌注进入石墨烯骨架，自然冷却后得到石墨烯相变储能材料；
7、6)石墨烯相变储能材料的二次取向：将步骤5)中制得的石墨烯相变储能材料放置在可以控温的双辊辊压装置中，在升温至相变点附近时通过同样温度的双辊轧制设备，进一步对石墨烯相变储能材料进一步取向，并减少复合材料内部空隙，降低界面热阻，提高热导率，获得快响应高储热量的石墨烯相变储能复合材料；
8、优选的，上述步骤1)中所述的石墨烯浆料的浓度为0.1-4kg，更优选为0.3-3kg，聚乙二醇的用量0.3-26kg，更优选为0.3-10kg，聚乙二醇的分子量优选4000-60000，更优选为4000-20000；
9、优选的，上述步骤2)中所述的模压装置的温度控制范围为室温～120℃，模压速率为5-100mm/min；
10、优选的，上述步骤4)中所述的石墨烯骨架二次致密化所采用的模压速率为1-20mm/min；
11、优选的，上述步骤5)中所述的中所述的相变材料包括但不局限于高精炼石蜡、十八胺、十四胺、双十八烷基胺、乙酰胺、赤藓糖醇、肌醇、三羟基乙烷、硬脂酸、棕榈酸、正十八烷等，可以使用其中的一种或2种以上；
12、优选的，步骤6)中所述的双辊轧制设备的辊距可调节范围为30mm-1mm，辊速为1-50mm/min。
13、本发明的有益效果是：一、本发明与传统方法制备的石墨烯骨架更大，取向均匀性更好：传统的冰模板法难以制备大样品，并且在制备大样品时温度梯度无法传递，冰晶难以定向生长，因此石墨烯泡沫的取向程度不高。该方法通过引入熔融流体对石墨烯片层进行取向，仅通过模压和二次取向的方法制备样品更加简单且样品尺寸更大。二、本发明可制备纳米级孔径的导热骨架：传统导热碳泡沫的孔径较大(约0.7mm左右)，并且相变储能材料的热导率较低，因此通过添加低分子量的聚乙二醇，再进行高强度熔融热压，可得到纳米孔径的石墨烯高取向泡沫，更小的孔径，则更加有利于得到更快的热响应速度。三、本发明通过引入熔融流体增加机械压力，进行取向：本发明通过高分子熔体的流动诱导石墨烯纳米片层在水平方向上取向，并通过高机械压力从而增加取向诱导作用，并且再利用双辊辊压装置对石墨烯骨架进一步取向、致密化，制备高取向石墨烯泡沫。
1.一种石墨烯泡沫储能材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯泡沫储能材料的方法，其特征在于：步骤1)中所述的石墨烯浆料的浓度为0.1-4kg，聚乙二醇的用量0.3-20kg，聚乙二醇的分子量可为4000-60000。
3.根据权利要求1所述的石墨烯泡沫储能材料的方法，其特征在于：步骤2)中所述的模压装置的温度控制范围为25～120℃，模压速率为5-100mm/min。
4.根据权利要求1所述的石墨烯泡沫储能材料的方法，其特征在于：步骤4)中所述的石墨烯骨架二次致密化所采用的模压速率为1-20mm/min。
5.根据权利要求1所述的石墨烯泡沫储能材料的方法，其特征在于：步骤5)中所述的相变材料选自高精炼石蜡、十八胺、十四胺、双十八烷基胺、乙酰胺、赤藓糖醇、肌醇、三羟基乙烷、硬脂酸、棕榈酸、正十八烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的石墨烯泡沫储能材料的方法，其特征在于：步骤6)中所述的双辊轧制设备的辊距可调节范围为30mm-1mm，辊速为1-50mm/min。
