【摘 要】
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有机相变材料具有高的储热密度,可在相变过程中吸收或释放大量潜热,但其存在导热系数低和熔化时泄漏的缺点。有效的解决方法是通过壳层材料包覆相变材料或者将相变材料浸渍到多孔载体中。二氧化硅作为一种载体材料,来源广泛,绿色环保,受到了众多学者的青睐。但是二氧化硅的导热系数相对较低,仍然不够理想。因此,本文选用碳材料作为导热增强材料,将其与二氧化硅结合作为有机相变材料的载体,以改善相变材料的导热性能,获得性
【基金项目】
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甘肃省自然科学基金项目(18JR3RA272); 甘肃省建设科技攻关项目(JK2017-13、JK2019-33);
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有机相变材料具有高的储热密度,可在相变过程中吸收或释放大量潜热,但其存在导热系数低和熔化时泄漏的缺点。有效的解决方法是通过壳层材料包覆相变材料或者将相变材料浸渍到多孔载体中。二氧化硅作为一种载体材料,来源广泛,绿色环保,受到了众多学者的青睐。但是二氧化硅的导热系数相对较低,仍然不够理想。因此,本文选用碳材料作为导热增强材料,将其与二氧化硅结合作为有机相变材料的载体,以改善相变材料的导热性能,获得性能良好的复合相变材料。研究内容主要分为以下四部分:(1)通过溶胶-凝胶法制备了介孔二氧化硅包覆的碳纳米管(CNTs@MS),以其为载体负载硬脂酸(SA)制备了复合相变材料SA/CNTs@MS,研究了碳纳米管(CNTs)表面介孔二氧化硅层厚度对SA负载率的影响。同时,为便于比较,本研究也制备了不添加CNTs的介孔二氧化硅球(m Si O2),将其作为载体制备了SA/m Si O2复合相变材料。结果表明,介孔二氧化硅均匀地包覆在CNTs表面,当CNTs表面的介孔二氧化硅层越厚时,CNTs@MS的比表面积和孔体积越大,其对SA的负载率也越高。SA/m Si O2的熔化焓为110.9 J/g,而SA/CNTs@MS的熔化焓可达到116.0~128.0 J/g,最大负载效率为72.2%。CNTs的引入使CNTs@MS的导热系数可达m Si O2的1.43倍。此外,SA/CNTs@MS具有更好的光热转换特性,在太阳能吸收利用方面具有很高的应用价值。(2)通过微乳液法在CNTs表面生长纤维状介孔二氧化硅,获得了棒状复合物CNTs@FS;为作对比,另外还制备了球形的纤维状介孔二氧化硅(FS)。将FS和CNTs@FS分别作为载体材料用于负载SA,研究了两种复合相变材料的储热性能。结果发现复合相变材料SA/CNTs@FS具有更高的负载效率,其熔化潜热可达128.7 J/g。与SA相比,SA/CNTs@FS的导热系数提高了57.9%,并且其传热速率明显增加。(3)通过溶胶-凝胶法,以不同的表面活性剂合成了石蜡/Si O2纳米胶囊。研究发现,选择十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)复配的表面活性剂可制备出表面光滑致密、粒径在100~160nm之间、分散性好的球形纳米胶囊;获得的石蜡/Si O2胶囊的熔化潜热可达76.3 J/g,其负载效率为59.9%。另外,以CTAB为表面活性剂制备了石蜡/CNTs/Si O2复合相变材料,探究了CNTs用量、CTAB用量对复合物储热性能的影响。在CNTs和CTAB用量分别为石蜡用量的25wt%和30wt%时,所得复合物的潜热和负载效率分别为60.5J/g和47.5%,并且其导热系数可达0.51 W/(m·K),是石蜡导热系数的2.13倍。(4)通过微乳液法在氧化石墨烯(GO)表面生长纤维状介孔二氧化硅,制备了片状载体GO@FS;然后通过真空浸渍法将GO@FS和SA结合制备了SA/GO@FS复合相变材料,并对其热性能进行了研究。结果表明,SA/GO@FS的熔化焓和凝固焓分别为147.2 J/g和146.4 J/g,负载效率可达72.1%。
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