【摘 要】
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由于能源消费需求的持续增长和传统化学燃料的日益枯竭,对可再生能源的需求日益迫切.以地热能、太阳能为代表的可再生能源脱颖而出.然而,这些能源的应用易受到天气、季节、地点和时间的影响,具有不稳定性、随机性、波动性和间歇性.储能技术是解决上述问题的有效途径,它可以在需要的时候储存或释放能量.在各种储能技术可选材料中,相变材料(PCMs)是智能热能管理和便携式热能领域的有力候选者.大多数相变材料都存在导热系数低、环境污染、熔点泄漏等问题,因此有必要将相变材料封装到支撑骨架材料中.事实上,支撑材料在应用中仍面临着一
【机 构】
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中国科学院山西煤炭化学研究所,中国科学院炭材料重点实验室,太原030001;太原科技大学环境与安全学院,太原030024;中国科学院山西煤炭化学研究所,中国科学院炭材料重点实验室,太原030001;中
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由于能源消费需求的持续增长和传统化学燃料的日益枯竭,对可再生能源的需求日益迫切.以地热能、太阳能为代表的可再生能源脱颖而出.然而,这些能源的应用易受到天气、季节、地点和时间的影响,具有不稳定性、随机性、波动性和间歇性.储能技术是解决上述问题的有效途径,它可以在需要的时候储存或释放能量.在各种储能技术可选材料中,相变材料(PCMs)是智能热能管理和便携式热能领域的有力候选者.大多数相变材料都存在导热系数低、环境污染、熔点泄漏等问题,因此有必要将相变材料封装到支撑骨架材料中.事实上,支撑材料在应用中仍面临着一些重大挑战.首先,骨架材料应能抵抗相变材料在相变过程中的体积变化,即具有良好的结构稳定性.其次,还应具有较高的导热系数和较低的泄漏率.石墨烯气凝胶(GA)已被证明是提高相变材料形状稳定性的有效支撑骨架,但相变引起的泄漏和网络结构的脆性是制约其应用的关键问题.在此,我们提出了一种双脉冲电镀的强化策略,用于制备铜@石墨烯气凝胶(Cu@GA)作为相变储能骨架材料.这一结构设计中,石墨烯气凝胶上的石墨烯片层上均匀地镀上了铜层,且不同片之间被铜镀层所连接.这种铜增强石墨烯气凝胶网络结构赋予复合材料良好的导热性和坚固的骨架稳定性,有利于增强相变换热和抑制相变过程中的泄漏.此外,通过真空浸渍法将十八胺(ODA)封装在Cu@GA骨架中,获得了结构稳定性高、泄漏率低的复合相变材料(Cu@GA/ODA),保证了ODA在Cu@GA骨架材料中的均匀分散和填充.通过比较复合相变材料的重量变化,研究了不同骨架对复合相变材料泄漏率的影响.优化后的复合相变材料(CPCM)Cu@GA/ODA经20次储热、放热循环后,泄漏率降低至19.82％(w,质量分数),而GA/ODA和GOA/ODA为骨架的复合相变材料的泄漏率分别为80.31％(w)和72.99％(w).为了探讨这种影响的原因,用扫描电子显微镜(SEM)观察了循环后骨架的形貌.铜/石墨烯气凝胶(Cu@GA)骨架材料没有明显的收缩或坍塌,仍可以保持完整的三维网络结构,而氧化石墨烯气凝胶(GOA)和石墨烯气凝胶(GA)的骨架材料三维结构不复存在,且在氧化石墨烯/石墨烯片能够观察到明显的裂隙.铜涂层可以提高骨架的微观结构稳定性,有利于提高结构稳定性,降低复合材料的泄漏率.同时,该研究为构建理想的金属增强石墨烯气凝胶复合骨架材料铺平了新的道路,该复合材料具有优异的综合性能,可用于未来的相变储能、多孔微波吸收和储能应用.“,”integrity of Cu@GA/ODA was well maintained,while the three-dimensional network structures of GOA/ODA and GA/ODA showed shrinkage or collapse.Thus,the copper coating increased the skeleton\'s microstructural stability,conducive to high structural stability and reducing the leakage rate of the PCM composite.This study paves the way for the construction of ideal metal-coating GA composites with an excellent comprehensive performance for future phase change energy storage,porous microwave absorption,and energy storage applications.
其他文献
在人工晶体生长技术中,导模法晶体生长技术具有“近净型”生长、材料利用率高、生长速度快以及易于实现多片晶体同步生长等优点,在晶体生长领域应用广泛,已被用于工业化生产硅、锗晶体和蓝宝石晶体等.介绍了导模法晶体生长技术国内外的研究现状,包括材料特性、生长工艺、应用领域、现存问题以及解决途径等,同时展示了同济大学在导模法生长蓝宝石多片、圆管、大尺寸板材等方面的研究成果,并展望了导模法晶体生长技术未来的发展方向以及在其他晶体材料生长方面的应用.
化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)法制备的石墨烯薄膜具有质量高、可控性好、可放大等优点,近年来受到了学术界和工业界的广泛关注.然而,近期研究结果表明,在高温CVD生长石墨烯的过程中,伴随着许多副反应,这些副反应会导致石墨烯薄膜表面沉积大量的无定形碳污染物,造成石墨烯薄膜的“本征污染”现象.同时,这些污染物的存在会导致转移后的石墨烯薄膜表面更脏,对石墨烯材料和器件的性能带来严重影响.这也是CVD石墨烯薄膜的性能一直无法媲美机械剥离石墨烯的重要原因之一.事实上,超洁净生
大批量石墨烯可控制备技术的逐渐成熟为实现其宏观组装和应用提供了基础.在众多的组装策略中,调节石墨烯层间的界面相互作用可以直接影响组装体的力学、电学、热学以及渗透等性质,具有重要的意义.石墨烯片层间以共价键连接的层间共价石墨烯材料以其可调的层间距、较强的层间作用力、丰富的功能化、以及可能的原子构型重排等特性,受到了广泛的关注和深入的研究.相比于其他非共价的键合手段,共价连接是一种更为牢固的枢纽.本文中我们将总结讨论层间共价石墨烯材料的构筑方法、性能以及应用.在构筑方法中,依据石墨烯本身的制备方法分为氧化还原
化学气相沉积法(CVD)制备的石墨烯薄膜具有质量高、均匀性好、层数可控且可放大等优点,近年来受到了学术界和工业界的广泛关注.在高温CVD生长过程中,除衬底表面的反应外,气相反应同样会影响石墨烯的生长行为和薄膜质量.本文将综述气相反应对CVD生长石墨烯的影响:首先对CVD体系内的气相传质过程和气相反应进行了详细讨论;随后系统介绍了基于气相调控提高石墨烯的结晶性、洁净度、畴区尺寸、层数和生长速度的相关策略及其机理;最后对气相反应影响CVD生长石墨烯的规律进行总结,并展望了未来可能的发展方向.
以过渡金属为催化衬底的化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)已经可以制备与机械剥离样品相媲美的石墨烯,是实现石墨烯工业应用的关键技术之一.原子尺度理论研究能够帮助我们深刻理解石墨烯生长机理,为实验现象提供合理的解释,并有可能成为将来实验设计的理论指导.本文从理论计算的角度,总结了各种金属衬底在石墨烯CVD生长过程中的各种作用与相应的机理,包括在催化碳源裂解、降低石墨烯成核密度等,催化加快石墨烯快速生长,修复石墨烯生长过程中产生的缺陷,控制外延生长石墨烯的晶格取向,以及
石墨烯具有目前已知材料中最高的热导率,在电子器件、信息技术、国防军工等领域具有良好的应用前景.石墨烯导热的理论和实验研究具有重要意义,在最近十年间取得了长足的发展.本文综述了石墨烯本征热导率的研究进展及应用现状.首先介绍应用于石墨烯热导率测量的微纳尺度传热技术,包括拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法.然后展示了石墨烯热导率的理论研究成果,并总结了石墨烯本征热导率的影响因素.随后介绍石墨烯在导热材料中的应用,包括高导热石墨烯膜、石墨烯纤维及石墨烯在热界面材料中的应用.最后对石墨烯导热研究的成果进行总结,提
随着现代社会智能化的加速发展,传感系统中传感器的数量、密度和分布范围不断增加,传统的供能方式难以满足如此复杂多变的传感器供能需求,从周围环境中收集能量并转化为电能的自供能传感器件是解决这一难题的有效途径.石墨烯不仅具有优异的传感性能,而且在各种能源器件中有广泛的应用,这为基于石墨烯的自供能传感器件设计提供了便利.近年来,人们己经研究和发展了多种多样的石墨烯自供能传感器件.本文基于自供能器件的基本能量供给原理,包括电化学供能、光伏供能、摩擦电供能、水伏供能以及热电、压电、热释电等其它供能,分别介绍了石墨烯在
表面电荷转移掺杂是调制石墨烯电学特性的重要手段.发展高效、稳定的表面电荷转移掺杂剂对于提高石墨烯的电学和光电性能、从而推动其在电子和光电领域中的应用具有重要意义.本文围绕高效与稳定两个方面综述了近年来石墨烯表面电荷转移掺杂剂的研究现状以及掺杂石墨烯在光电器件应用方面的进展.根据掺杂剂的类型,着重介绍了最新发展的高效p型和n型掺杂剂,并概述了稳定掺杂方面的重要研究工作.此外,专门介绍了基于掺杂石墨烯透明电极的高性能光电器件.最后,根据表面电荷转移掺杂研究面临的主要挑战,对其未来的发展方向进行了展望.
法布里-珀罗腔(F-P)通常是由2面平行放置的反射镜组成的多光束干涉仪,将入射光束耦合进入F-P腔,光场会在反射镜间多次来回反射,经过干涉相长过程光场被增强,形成稳定腔内光场.为帮助学生更好地理解多光束干涉与谐振腔内模式产生的工作原理,基于F-P腔设计了可分辨激光模式的实验装置,探究不同激光模式的输出特性.通过实验观察拉盖尔-高斯光束,测量了F-P腔的自由光谱区、相邻横模频率间隔等参量,并分析了主要的实验误差来源.
自2004年被成功制备后,石墨烯因其独特迷人的性质在近十几年来备受关注,同时也引发了二维纳米材料的研究热潮.单原子层厚度的二维结构赋予石墨烯非同寻常的光学、电子学、磁学及力学等性质,使得石墨烯在生物学、医学、化学、物理学和环境科学等多个领域展现出极大的应用潜力.制得注意的是,石墨烯在应用时通常需要进行功能化,调节其组成、大小、形状和结构等,以便于加工处理或满足不同的应用需求.石墨烯功能化方法多样,功能化产物也是种类繁多.然而,到目前为止,石墨烯功能化产物并没有系统全面的分类和精确的定义.因此,本文在系统总