银纳米线聚苯胺基定形相变材料的制备及性能研究

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相变材料具有很高的储能密度,且发生相变时能维持自身温度的恒定,可用来进行热能的存储或环境温度的调控,在开发新能源和提高能源的使用效率方面有很重要的应用前景。相变材料中研究最多、来源最广、价格最便宜、应用价值最大的是固-液相变材料。但是固-液相变材料,尤其是有机固-液相变材料,存在着两个问题:一是由于材料在使用的过程中存在液相,所以必须要解决材料的封装问题,可以考虑将其制成定形相变材料;二是相变材料的导热性能极差,造成热量不能迅速有效地从吸热面传到储热面,这一缺陷对于能源的高效利用来说是极其不利的。因此,制备高导热的定形相交材料具有重要的理论及实际意义。本文具体内容如下:  一、银纳米线的制备:通过多元醇法和水热法分别制备了两种不同长度的银纳米线,其中多元醇法制备的银纳米线平均长度为十几微米,标记为短的银纳米线(S);选取SEM图中50根银纳米线进行测量与统计,得到其平均直径为314nm,标准偏差为0.062。水热法制备的银纳米线平均长度大于300μm,标记为长的银纳米线(L);选取SEM图中30根银纳米线进行测量与统计,得到其平均直径为399nm,标准偏差为0.309。  二、以十四酸为相变材料,聚苯胺为结构支撑材料,银纳米线为增强导热材料,通过苯胺表面聚合的方法制备复合定形相变材料,根据复合相变材料中银纳米线长度的不同进行编号,分别为M-S-i和M-L-i(其中,M表示为十四酸;S表示为短的银纳米线,即多元醇法制备的银纳米线;L表示为长的银纳米线,即水热法制备的银纳米线;i表示为样品编号)。对复合相变材料进行结构形貌、储热性能及导热性能进行表征,结果表明:制备的十四酸复合相变材料定形性能良好,在65℃时不发生泄漏。银纳米线的加入提高了复合相变材料的导热系数,样品M-L-5(银纳米线质量分数为10.36%)的导热系数为0.404W·m-1·K-1,比样品M-0(没有加银纳米线)的导热系数(0.266W·m-1·K-1)提高了0.138W·m-1·K-1。而且选取的两种银纳米线长度中,长的银纳米线更明显的提高了复合相变材料导热性能,样品M-S-5(Ag NWs含量为5.66wt%)的导热系数为0.345W·m-1·K-1,而样品M-L-3(Ag NWs含量为4.89wt%)的导热系数为0.351W·m-1·K-1。  三、以十六酸为相变材料,制备银纳米线/十六酸/聚苯胺定形相变材料,编号为P-S-i和P-L-i(其中,P表示为十六酸;S表示为短的银纳米线;L表示为长的银纳米线;i表示为样品编号)。对复合相变材料的结构形貌、储热性能及导热性能进行表征,结果表明:制备的复合相变材料在70℃时没有发生泄漏,具有很好的定形性能。银纳米线的加入增强了复合相变材料的导热性能,当银纳米线质量分数为10.36%(样品P-L-5)时,复合相交材料的导热系数达到0.524W·m-1·K-1,较没有加入之前(样品P-0)的导热系数(0.236W·m-1·K-1)增大了0.288W·m-1·K-1。另外,掺杂的两种银纳米线中,长径比高的银纳米线对复合相变材料导热性能的提升更加明显,样品P-S-3(Ag NWs含量为2.91wt%)的导热系数为0.264W·m-1·K-1,而样品P-L-4(Ag NWs含量为2.95wt%)的导热系数为0.320W·m-1·K-1。  四、以十四醇为相变材料,制备银纳米线/十四醇/聚苯胺复合定形相变材料,编号为T-S-i和T-L-i(其中,T表示为十四醇;S表示为短的银纳米线;L表示为长的银纳米线;i表示为样品编号)。对复合相变材料性能进行表征,结果表明:复合相变材料在50℃不会泄漏,定形性良好。复合相变材料的导热系数明显提高了,增加10.36wt%的银纳米线(样品T-L-5)时,其导热系数为0.514W·m-1·K-1。另外,两种银纳米线中,长径比高的银纳米线对复合相变材料导热性能增强更具优势,样品T-S-4(Ag NWs含量为5.16wt%)的导热系数为0.412W·m-1·K-1,而样品T-L-3(Ag NWs含量为4.89wt%)的导热系数为0.422W·m-1·K-1。
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