铜纳米线的制备及赤藓糖醇的改性研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xpzcz1992
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相变材料(Phase Change Materials,PCMs)是一种潜热储能材料,其能够在一定温度范围内,利用自身相态或结构的变化,向环境吸收或释放热量,达到热能存储及温度调控的目的,从而解决能量供求在时间或空间分配上不匹配的矛盾。纳米材料具有独特的物理化学性质,主要包括尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,尤其是金属纳米材料还具有超高热导率。铜纳米线(CuNWs)具有异于块体材料的导热、导电特性,因此在导热增强填料、透明电极等领域具有重要的应用前景。本论文主要致力于铜纳米线的控制合成,将得到的铜纳米线应用于相变材料赤藓糖醇而得到新型的复合相变材料,并通过掺杂成核剂对赤藓糖进行改性。本文的主要研究内容包括以下三个部分:  1.铜纳米线的制备及表征。氯化铜和水合肼(80%)在含水十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶液中通过液相还原法合成铜纳米粒子,再以CTAB,十六胺(HDA)组成双液晶介质模板,制备的铜纳米粒子作为反应催化剂和晶种,乙酰丙酮铜[Cu(acac)2]作为前驱体,使铜纳米粒子在双液晶介质模板上自催化生长而合成铜纳米线。探究反应时间,反应温度及加入的铜纳米粒子的量对产物铜纳米线的影响,在扫描电子显微镜(SEM)下得出,在一定的条件范围内,反应中加入的铜纳米粒子的量对于合成的铜纳米线的生成影响最大,同时发现了反应时间在一定程度上能影响铜纳米线表面的光滑程度。再通过正交实验,得出铜纳米线制备的最佳反应条件为反应温度140摄氏度(℃),反应时间为16小时(h),铜纳米粒子的量为25滴(d)时和反应温度180℃,反应时间12h,铜纳米粒子的量为25d时。制备得到的铜纳米线中的有部分发生发生氧化,得到了少量的氧化铜(CuO)。  2.铜纳米线/赤藓糖醇复合相变材料的制备及表征。将赤藓糖醇与相对应质量的已经制备出的优良铜纳米线(赤藓糖醇与铜纳米线按质量比为10∶1混合),加入无水乙醇使铜纳米线与赤藓糖醇溶解在一起,在恒温下超声分散后,重复这一过程三次。之后高温油浴并搅拌,使赤藓糖醇与铜纳米线充分结合在一起并除去残留在烧瓶中的无水乙醇,得到的产物即为复合相变材料。通过差式扫描量热仪(DSC)可以看出,纯的赤藓糖醇有着严重的过冷现象,结晶放热焓较低,通过铜纳米线的复合,能在一定程度抑制其过冷,并使结晶放热焓大幅提高,复合相变材料的导热系数相较于纯的赤藓糖醇也有一定的提高。并通过红外图谱(FT-IR)与X射线衍射仪(XRD)可以看出铜纳米线与赤藓糖醇只是简单物理混合,并未发生任何的化学反应。由于加入的铜纳米线的数量太少,SEM图中无法看到CuNWs的存在。  3.成核剂对赤藓糖醇的改性研究。通过湿法研磨法将9种不同成核剂添加进赤藓糖醇(赤藓糖醇与成核剂的质量比为10∶1)得到掺杂成核剂的赤藓糖醇。将得到的产物进行DSC循环表征。结果发现掺杂CaPi与TMB-5的赤藓糖醇可以在较高的温度下结晶,其结晶温度Tp.crystallizing分别为69℃与64℃左右,相变热ΔHcrstallizing约为204Jg-1与185Jg-1。循环DSC实验表明在长期的熔化-凝固循环过程中,结晶温度与相变热均可保持稳定。因此,可以使用掺杂CaPi与TMB-5的赤藓糖醇作为良好的相变材料应用于热能储存。
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