本發(fā)明涉及多功能建筑材料與能源存儲(chǔ)，尤其涉及一種自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、木基儲(chǔ)能建材是一種將木材與儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合的新型復(fù)合材料，旨在同時(shí)實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)功能和能量存儲(chǔ)功能。這類材料通過(guò)將木材的天然特性與儲(chǔ)能材料的電化學(xué)性能相結(jié)合，為綠色建筑和可持續(xù)能源系統(tǒng)提供了創(chuàng)新解決方案，木材經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)處理后，其內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)、纖維素、木質(zhì)素等成分可被用作儲(chǔ)能材料的基底或?qū)щ娸d體；
2、在傳統(tǒng)木材建材中普通木材僅作為結(jié)構(gòu)材料使用，缺乏儲(chǔ)能和溫度調(diào)節(jié)功能，無(wú)法滿足現(xiàn)代建筑對(duì)能源自給和智能溫控的需求，且傳統(tǒng)相變材料直接使用時(shí)易發(fā)生泄漏，且與木材基體結(jié)合力弱，長(zhǎng)期使用性能衰減嚴(yán)重，因此，本發(fā)明提出一種自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材及其制備方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材及其制備方法，該自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材及其相變微膠囊制備方法通過(guò)將木基儲(chǔ)能建材分為基體層、功能層和界面層協(xié)同優(yōu)化，兼顧力學(xué)性能與儲(chǔ)能效率；
2、通過(guò)將木材碳化后形成多孔基體，利用木材碳化后的多孔結(jié)構(gòu)形成雙電層電容，賦予其儲(chǔ)能功能，通過(guò)負(fù)載相變微膠囊實(shí)現(xiàn)熱能儲(chǔ)存與釋放，使建材具備溫度自適應(yīng)能力；
3、通過(guò)采用木質(zhì)素接枝聚合物作為壁材，將生物基相變芯材包裹在微膠囊內(nèi)，防止相變材料泄漏，將微膠囊嵌入木材孔隙中，增強(qiáng)材料與基體的結(jié)合強(qiáng)度。
4、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材及其制備方法，包括基體層、功能層和導(dǎo)電界面層，所述功能層為相變微膠囊，所述相變微膠囊芯材為生物基脂肪酸，所述相變微膠囊壁材為木質(zhì)素-甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物，所述導(dǎo)電界面層為聚多巴胺還原氧化石墨烯復(fù)合涂層。
5、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述基體層原料為巴爾沙木，密度為0.1~0.3?g/cm3，采用梯度碳化工藝增強(qiáng)。
6、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述聚多巴胺還原氧化石墨烯復(fù)合涂層中聚多巴胺與還原氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:2。
7、包括以下步驟：
8、步驟一、原料預(yù)處理，選用巴爾沙木作為原料切割為厚度5-20mm的板材，表面打磨去除毛刺，將木材浸入到naoh溶液中48~72小時(shí)，去除部分木質(zhì)素與半纖維素，提升孔隙連通性，再用去離子水沖洗至中性，在60℃真空環(huán)境下干燥12小時(shí)；
9、步驟二、梯度碳化，將步驟二中預(yù)處理后的木材放入管式爐中以5℃/min升溫至400℃，保溫1小時(shí)，再繼續(xù)以3℃/min升溫至700~800℃，保溫2~3小時(shí)，形成多孔碳基體，最后自然冷卻至室溫，獲得碳化木材；
10、步驟三、纖維素增強(qiáng)，將碳化木材浸入納米纖維素溶液中真空處理2小時(shí)，再以60℃干燥；重復(fù)3次，形成三維增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)；
11、步驟四、微膠囊制備包封，將生物基脂肪酸混合加熱至80℃，以300rpm轉(zhuǎn)速磁力攪拌至完全熔融作為芯材，將木質(zhì)素分散于去離子水中加入甲基丙烯酸甲酯（mma）單體，向溶液中加入濃度為1?wt%的過(guò)硫酸銨，獲得木質(zhì)素-pmma接枝共聚物（木質(zhì)素-甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物）溶液作為壁材，將芯材加入壁材溶液中形成油包水乳液，升溫至60℃并持續(xù)攪拌使壁材在芯材表面聚合形成微膠囊；
12、步驟五、循環(huán)浸漬，將步驟四中形成的微膠囊分散于30?wt%濃度的乙醇中，再將步驟二中制得的碳化木材置于浸漬罐內(nèi)，抽真空至0.1mpa，持續(xù)30分鐘后加壓至2mpa持續(xù)1小時(shí)，重復(fù)真空-壓力循環(huán)3次，使微膠囊嵌入木材孔隙；
13、步驟六、表面導(dǎo)電層制備，將濃度為2mg/ml的多巴胺鹽酸鹽溶于tris緩沖液攪拌24小時(shí)形成聚多巴胺溶液，再加入濃度為2mg/ml的混合氧化石墨烯分散液，將混合液均勻噴涂于負(fù)載微膠囊的木材表面，固化后形成連續(xù)導(dǎo)電層。
14、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟一中naoh溶液濃度為1~3?mol/l，溫度為60~80℃。
15、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟三中納米纖維素溶液濃度為5?wt%。
16、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟四中木質(zhì)素與甲基丙烯酸甲酯單體質(zhì)量比為1:2。
17、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟六中導(dǎo)電層厚度150±20?nm，方阻≤10?ω/sq。
18、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過(guò)將木基儲(chǔ)能建材分為基體層、功能層和界面層協(xié)同優(yōu)化，兼顧力學(xué)性能與儲(chǔ)能效率；
19、通過(guò)將木材碳化后形成多孔基體，利用木材碳化后的多孔結(jié)構(gòu)形成雙電層電容，賦予其儲(chǔ)能功能，通過(guò)負(fù)載相變微膠囊實(shí)現(xiàn)熱能儲(chǔ)存與釋放，使建材具備溫度自適應(yīng)能力；
20、通過(guò)采用木質(zhì)素接枝聚合物作為壁材，將生物基相變芯材包裹在微膠囊內(nèi)，防止相變材料泄漏，將微膠囊嵌入木材孔隙中，增強(qiáng)材料與基體的結(jié)合強(qiáng)度。
1.一種自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材，其特征在于：包括基體層、功能層和導(dǎo)電界面層，所述功能層為相變微膠囊，所述相變微膠囊芯材為生物基脂肪酸，所述相變微膠囊壁材為木質(zhì)素-甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物，所述導(dǎo)電界面層為聚多巴胺還原氧化石墨烯復(fù)合涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材，其特征在于：所述基體層原料為巴爾沙木，密度為0.1~0.3?g/cm3，采用梯度碳化工藝增強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材，其特征在于：所述聚多巴胺還原氧化石墨烯復(fù)合涂層中聚多巴胺與還原氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:2。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材制備方法，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材制備方法，其特征在于：所述步驟一中naoh溶液濃度為1~3?mol/l，溫度為60~80℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材制備方法，其特征在于：所述步驟三中納米纖維素溶液濃度為5?wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材制備方法，其特征在于：所述步驟四中木質(zhì)素與甲基丙烯酸甲酯單體質(zhì)量比為1:2。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)環(huán)境溫度的木基儲(chǔ)能建材制備方法，其特征在于：所述步驟六中導(dǎo)電層厚度150±20?nm，方阻≤10?ω/sq。