本发明实施例涉及水凝胶，具体涉及一种在多温区间具备柔性的相变水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术：
1、相变材料是利用相态转变过程中吸收或放出热量，一般使用的是固-液相变材料，在相变温度以下的固体状态时往往呈现出刚性，而在相变温度之上的液态时则会发生泄漏。目前柔性相变材料往往是热致柔性相变材料，在相变温度以下往往不具备柔性，因此在人体热管理或其他复杂应用场景中难以得到应用。
2、水合盐类相变材料因其具有储能密度高、成本低和相变温度适中等特点而受到广泛关注，然而，水合盐固有的缺点(如过冷现象、相分离和液体泄漏)限制了其实际应用。利用水凝胶能很好地解决水合盐的部分问题，其三维亲水网络可以封装相变材料，水凝胶中丰富的氢键、静电作用位点对封装后的水合盐类相变材料的结构稳定性有益，能够防止水合盐类相变材料发生泄漏。相变水凝胶材料在相变温度之上具有优异的柔性，能够完成折叠、拉伸等复杂操作。但处在相变温度以下时便不具备柔性，这是由于此时水合盐呈现晶态，有序的晶体结构导致其呈现刚性与脆性，容易发生断裂，并不能满足弯曲、拉伸、折叠等复杂操作，这严重限制了相变水凝胶在实际中的应用。
技术实现思路
1、为此，本发明实施例提供一种在多温区间具备柔性的相变水凝胶及其制备方法与应用，以解决现有技术中的热致柔性相变材料在相变温度以下往往不具备柔性，在人体热管理或其他复杂应用场景中难以得到应用的问题。
2、为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
3、根据本发明实施例的第一方面，本发明提供一种在多温区间具备柔性的相变水凝胶，所述相变水凝胶包括如下重量份数的原料：单体5-30份，交联剂0.01-1.2份，引发剂0.005-1.2份，成核剂0.3-5份，水合盐0.5-90份，水合盐共晶剂0.5-90份，导热填料0-50份，去离子水0-50份。
4、进一步地，所述单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种或多种。
5、进一步地，所述交联剂为n,n′-亚甲基双丙烯酰胺。
6、进一步地，所述引发剂选自过硫酸铵、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基-环已基-苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、安息香双甲醚、二苯甲酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4-异丙基硫杂蒽酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-羟基-1-(4-(2-羟基-2-甲基丙酰基苯基)苄基)-2-甲基-1-丙酮中的一种或多种。
7、进一步地，所述成核剂选自十二水合磷酸氢二钠、十水碳酸钠、六水氯化锶、八水合氢氧化钡、九水硅酸钠、十水四硼酸钠、六偏磷酸钠、膨胀石墨、硅藻土、膨胀珍珠岩、活性炭等多孔材料中的一种或多种。
8、进一步地，所述水合盐选自三水醋酸钠、十水硫酸钠、五水硫代硫酸钠、六水氯化钙、十二水磷酸氢二钠、六水氯化镁、十水碳酸钠、四水氯化锌、十水四硼酸钠、四水乙酸镁、六水硝酸镁、四水硝酸钙、九水硝酸铝、六水硝酸锌中的一种或多种。
9、进一步地，所述水合盐共晶剂选自氯化胆碱、甲酰胺、乙酰胺、尿素、低分子量聚乙二醇、甘露醇、赤藓糖醇、木糖醇、甘油中的一种或多种。
10、进一步地，所述导热填料选自膨胀石墨、炭黑、石墨烯、鳞片石墨、二氧化硅、碳酸钙、磷灰石、mxene、氮化硼、氮化铝中的一种或多种。
11、其中：导热填料是为了提高材料热导率。
12、根据本发明实施例的第二方面，本发明提供如上任一项所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
13、s1：将水合盐、水合盐共晶剂、单体、交联剂混合，在30℃-90℃下水浴加热并搅拌至完全熔化，得到无色透明，均一液态，流动性高的溶液a；
14、s2：将成核剂、导热填料充分研磨，加入溶液a中，在30℃-90℃下水浴加热并搅拌至体系呈现悬浊液状，得到溶液b；
15、s3：将引发剂溶解于去离子水中，得到无色透明的溶液c；
16、s4：将溶液b与溶液c快速混合均匀，密封后静置于60℃-90℃烘箱中30min-70min，发生热聚反应，或使用紫外光照射30min-70min引发聚合，脱模，即得所述相变水凝胶。
17、根据本发明实施例的第三方面，本发明提供如上所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶在各种复杂热管理环境中的应用。
18、进一步地，用于人体、电子设备或电池热管理中。
19、发明原理：利用一种低共融体系的非共晶匹配，实现多种晶型共存的体系，并利用聚合物网络中的功能基团稳定该体系，由于相变材料被均匀的封装在水凝胶网络中，因此形成的晶体是细小且分散均匀的，同时未形成晶体的的非晶也是均匀分散在整个体系中。水合盐和水合盐共晶剂在一定的配比会形成一种共晶组织，其具有一定的熔点，但是当偏离全部形成一种共晶组织时，会形成两种类型的晶体组织，一种是共晶组织(三水醋酸钠体系的共晶组织往往过冷度很大)，另一种是不完全共晶组织，由于有聚丙烯酰胺的聚合物网络存在，能够进一步抑制共晶组织的结晶，但无法抑制不完全共晶组织的结晶，因此可以形成一种晶体-非晶体耦合的相分离相变水凝胶。其中晶体部分提供储热能力，非晶体部分提供柔性，并且由于相分离的存在，在该水凝胶受到拉力或压力时能够具有更多的耗散力，使得其具有更好的力学性能。
20、本发明实施例具有如下优点：
21、本发明制备的相变水凝胶，不仅具有高相变焓，并且还在多个温度区间具备柔性，在相变温度以下也能做到拉伸可恢复，可通过共晶剂的种类和含量调节相变温度和相变焓，通过调整原材料配比，样品相变温度在19℃—57℃间连续可调，因此可以将其应用于更加复杂的热管理环境中，如人体、电子设备或电池热管理中，并且由于其力学性能优异也可以将其应用于水凝胶领域。
1.一种在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述相变水凝胶包括如下重量份数的原料：单体5-30份，交联剂0.01-1.2份，引发剂0.005-1.2份，成核剂0.3-5份，水合盐0.5-90份，水合盐共晶剂0.5-90份，导热填料0-50份，去离子水0-50份。
2.根据权利要求1所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述交联剂为n,n′-亚甲基双丙烯酰胺。
4.根据权利要求1所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸铵、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基-环已基-苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、安息香双甲醚、二苯甲酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4-异丙基硫杂蒽酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-羟基-1-(4-(2-羟基-2-甲基丙酰基苯基)苄基)-2-甲基-1-丙酮中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述成核剂选自十二水合磷酸氢二钠、十水碳酸钠、六水氯化锶、八水合氢氧化钡、九水硅酸钠、十水四硼酸钠、六偏磷酸钠、膨胀石墨中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述水合盐选自三水醋酸钠、十水硫酸钠、五水硫代硫酸钠、六水氯化钙、十二水磷酸氢二钠、六水氯化镁、十水碳酸钠、四水氯化锌、十水四硼酸钠、四水乙酸镁、六水硝酸镁、四水硝酸钙、九水硝酸铝、六水硝酸锌中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述水合盐共晶剂选自氯化胆碱、甲酰胺、乙酰胺、尿素、低分子量聚乙二醇、甘露醇、赤藓糖醇、木糖醇、甘油中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶，其特征在于，所述导热填料选自膨胀石墨、炭黑、石墨烯、鳞片石墨、二氧化硅、碳酸钙、磷灰石、mxene、氮化硼、氮化铝中的一种或多种。
9.权利要求1-8中任一项所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
10.权利要求1所述的在多温区间具备柔性的相变水凝胶在各种复杂热管理环境中的应用。
