氧化石墨烯泡沫及复合相变材料的制备、结构与性能研究

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相变材料是一类应用广泛的储热材料。许多相变材料存在热导率低、形状稳定性差等问题。使用石墨烯泡沫或气凝胶可以一定程度上解决这些问题,但目前缺乏批量、高效、低成本的制备技术,而且大多存在机械强度低或者脆性大的问题,实用性差。本文针对这些问题,发展了基于三聚氰胺泡沫(MF)模板的循环浸渍沉积法,研究了氧化石墨烯(GO)基复合泡沫及复合相变材料的制备、结构、性能和应用。首先,通过循环浸渍沉积法制备了MF@GO复合泡沫。复合泡沫具有密度低(0.12g/cm3)、抗压强度高(>400KPa)、模量高(最高95.3MPa)、比模量高(最高1560MPa·cm3/g)等优点。通过真空辅助,将低熔点合金(锡铋合金)负载到复合泡沫中。复合泡沫具有优越的力学性能,可以承受低熔点合金熔化时形成的高压强而不破碎。制得的复合相变材料具有热导率高(~10W/m K),体积相变焓大(150-250MJ/m3)、相变过程中形状稳定等优点。研究了复合相变材料的热管理应用,结果表明复合相变材料可以作为热沉,有效降低热源温度。但是,由于GO本身热导率相比于低熔点合金并无优势,并且GO片层导致低熔点合金中产生裂纹或孔隙,因此复合相变材料的热导率相比于低熔点合金(~14W/mK)有所降低,没有充分发挥出GO热导率高的特点。为了充分发挥GO自身热导率高的特点,通过循环浸渍沉积法将GO和碳纳米管(CNT)沉积到三聚氰胺泡沫中,制得热导率高、抗压性能强MF@GO/CNT复合泡沫。通过真空辅助,将石蜡装载到复合泡沫中。由于GO、CNT自身热导率远高于石蜡,因此制得的复合相变材料的热导率从纯石蜡的0.31W/mK提高到1.22W/mK。此外,复合相变材料具有良好的形状稳定性,可以浇筑或者与其它材料混合后浇筑,形成复合储热材料。复合储热材料具有传热快、储热容量大、应用灵活等特点,具有良好的发展前景。本文发展了氧化石墨烯基复合泡沫的循环浸渍沉积制备方法,实现了高强度、高模量的氧化石墨烯(GO)基泡沫的高效、低成本制备。制得的复合泡沫和复合相变材料在储热、热管理等领域具有一定的发展前景。
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