正辛酸-癸酸/膨胀石墨低温复合相变材料的制备及热物性研究

针对有机相变材料热导率低的问题,以质量比71∶29的正辛酸(OA)-癸酸(CA)为基液,通过添加膨胀石墨(EG)制备用于医药冷藏运输系统的复合相变材料。利用EG表面多孔结构的吸附性原理,制备出EG最佳质量分数为8%的OA-CA/EG低温复合相变材料。通过差示扫描量热仪测得OA-CA/EG的相变温度为0.9℃,相变潜热为112.7J/g。利用热常数分析仪测得OA-CA的热导率为0.3231W/(m·K),OA-CA/EG的热导率为1.649W/(m·K),加入EG使得OA-CA的热导率提高了4.1倍。对OA-CA/EG进行100次蓄放冷循环实验,结果表明循环前后其相变温度、潜热值以及热导率均未发生明显变化。稳定的蓄放热性能使得OA-CA/EG在医药冷藏运输系统具有广阔的应用前景。     

癸酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

本文研制了一种用于相变温度在0~5℃的冷藏运输系统的二元有机复合相变蓄冷材料。该材料由癸酸和辛酸按比例混合经超声波振荡后制得,质量配比为30∶70。通过步冷曲线法测定了不同质量配比的癸酸-正辛酸溶液的相变温度,利用相图确定了二元低共熔共晶点,此时的质量配比为30∶70。经差示扫描量热仪(DSC)测得共晶溶液的相变温度为1.5℃,相变潜热为120.6 J/g。癸酸-正辛酸共晶混合物经过30次、60次结晶与熔化循环后,相变温度、相变潜热均未发生明显变化。测试结果表明,该相变蓄冷材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和良好的循环热稳定性,在蓄冷系统尤其是冷藏运输系统中有着很大的应用潜力。     

肉豆蔻酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性研究

以肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备了MA-TD二元复合相变材料,利用步冷曲线法测定不同质量比的MA-TD复合相变材料的结晶温度,绘制相图获得二元体系低共晶点,确定了MA-TD共晶混合物的质量比为36∶64,其结晶温度为32.7℃。差示扫描量热测试结果表明MA-TD共晶混合物的相变潜热为227.08kJ/kg。傅里叶变换红外光谱测试表明,复合相变材料中MA和TD的分子结构未发生变化,两者为物理复合。经过500次0～60℃冷热循环,MA-TD二元复合相变材料的相变温度基本不变,说明该复合相变材料的热稳定性较好。     

二元有机复合相变材料性能实验研究

分别以十四酸(MA)和十六醇(HD)以及聚乙二醇(PEG)和月桂酸(LA)为原料,采用熔融共混法制备了两种二元复合相变材料(PCM)。利用T-History法测定复合相变材料的相变潜热和导热系数。结果表明:MA-HD体系与PEF-LA体系均存在共晶点。重复循环结果表明,MA-HD共晶体系相变温度变化范围在0.4℃以内,热稳定性能良好;PEG-LA共晶体系在前50次循环内,相变温度降低,循环50次之后相变温度变化范围在0.2℃以内。     

石墨泡沫/共晶盐复合相变材料的制备及其热物性

为强化二元硝酸共晶盐(NaNO3/KNO3)的导热性能,在共晶盐中添加石墨泡沫制出石墨泡沫/共晶盐复合相变材料;对共晶盐和复合相变材料的相变特性进行差示热分析;对石墨泡沫的导热系数和复合相变材料的有效导热系数进行测定,并用拉曼光谱对复合相变材料进行稳定性分析。结果表明,石墨基复合材料可以用熔融浸渗法制备,且制备样品的稳定性能良好。复合相变材料的相变温度(221.3°C)与共晶盐(222.4°C)相似,其相变潜热与基于复合材料中共晶盐含量的潜热值相近(下降3.74%)。受石墨骨架高热导率的影响,复合相变材料的导热能力明显提高,与纯共晶盐比增加了102倍。     

脂肪酸二元混合物储热性能的实验研究

选取癸酸、硬脂酸、月桂酸、棕榈酸和肉豆蔻酸5种脂肪酸按预先设定的比例混合配制脂肪酸二元混合物,利用差示扫描量热仪测试混合物的相变温度和相变潜热,以寻找具有合适的相变温度、较大的相变潜热,能用于相变围护结构的脂肪酸混合物。结果显示:脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热相比单一组分的值有所降低;含葵酸的二元脂肪酸混合物的相变温度较低,范围大致为20~30℃,且相变潜热也较大,是用于墙体储能的理想相变材料;其他脂肪酸组成的二元混合物相变温度较高,不符合墙体储能的温度要求。     

脂肪酸类混合物热物性的理论预测及实验研究

以癸酸、硬脂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸有机相变材料两两混合制成脂肪酸二元混合物为研究对象,选取理论计算公式,对不同配合比的脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行理论预测,并对脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行测试分析研究,将实验值与理论值进行对比,旨在证明所选取的理论计算公式应用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的预测是可行的。研究结果表明,脂肪酸二元混合物相变温度的实验值与理论值偏差较小,总体偏差均小于4.64℃,实验值与理论值吻合良好;相变潜实验值与理论值对比,除了硬脂酸/棕榈酸混合物个别条件下实验值与理论值偏差稍大为39.28J/g,其他混合物基本偏差不超过11.54J/g;理论计算公式用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的理论预测是可行的。     

正构烷烃热物性的理论预测及实验研究

选取正十七烷、正十八烷、正二十烷有机相变材料进行两两混合,制备二元混合物,利用差示扫描量热仪研究二元混合物的相变温度及相变潜热。选取理论计算公式对不同质量配比的二元混合物的相变温度及相变潜热进行理论预测,并与实验值进行对比。结果表明,制备的二元混合物的相变温度及相变潜热的实验值与理论计算值吻合较好,证明所选取的理论计算公式应用于正构烷烃相变温度和相变潜热的预测是可行的。     

肉豆蔻酸-十四醇/二氧化硅复合相变材料的制备及性能研究

利用肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)复合制备出二元共熔混合物作为储能基元,以二氧化硅作为载体材料,采用溶胶-凝胶法制得MA-TD/SiO_2定形复合相变材料。在70℃温度条件下,采用扩散-渗透圈法确定MATD相变材料和正硅酸乙酯(TEOS)的最佳质量配比为1∶2。扫描电镜(SEM)观测发现复合相变材料外观近球形,储能基元被固定到SiO_2多孔网络中;DSC检测结果表明复合相变材料的相变起始温度为23.46℃,相变潜热为83.07kJ/kg;红外光谱(FT-IR)测试结果显示相变材料和SiO_2之间为物理复合,未出现新物质;300次0～60℃冷热循环后MA-TD/SiO_2复合相变材料的失重率仅为0.67%,具有良好的热稳定性。     

基于共晶系相变材料的研究进展

基于相变材料的热能储存技术已被公认为是提高可再生能源利用效率和保护环境的先进能源技术之一.相变材料(PCMs)可以作为储能介质,在熔融或凝固过程中,PCMs可以在几乎恒定的温度下储存或释放大量的能量,被广泛应用于潜热储能系统和热管理系统中.相变温度是对相变材料进行选择的一个重要参数.通常具有特定要求相变温度的PCMs不存在,并且单一相变材料的相变温度和潜热比较固定,也难以同时满足对潜热、相变温度等的要求.因此,许多学者开展了二元或多元共晶相变体系的研究.文中介绍了近年来国内外共晶相变储能材料及其复合材料的研究进展及应用;探讨了共晶相变储能材料的相变理论推测及热力学建模;针对共晶体系在应用过程中存在的过冷、相分离、热导率低及相变时易泄露等问题,详述了解决这些问题的方法及进展,并提出了相关建议;最后对共晶系相变材料的热力学模型的建立与设计、热传导及循环稳定性等研究重点进行了展望.     

工业石蜡和脂肪酸二元混合物储热性能研究

以工业石蜡和脂肪酸二元混合物为研究对象,通过差示扫描量热仪研究其相变温度、相变潜热以及过冷度,旨在降低单纯脂肪酸作为相变材料的应用成本,并拓宽相变温度范围,增加相变潜热值。研究结果表明:相比于单一脂肪酸,石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物降低了相变温度且提高了相变潜热,适合围护结构储能。石蜡-肉豆蔻酸、石蜡-硬脂酸、石蜡-棕榈酸混合物的相变温度虽然在某些配合比条件下比单一脂肪酸的相变温度低,但仍在40℃以上,不适合应用在围护结构储能中,可用在余热回收用相变换热器等其他节能系统。石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物的过冷度较小,是围护结构储能的理想材料。     

医药冷链物流用相变材料的研制

为研制相变温度在2~8℃的用于医药冷链物流系统的二元有机复合相变蓄冷材料,通过步冷曲线试验和DSC试验,对比十二醇(LA)-辛酸(CA)、十二醇(LA)-癸酸(DA)和十二醇(LA)-壬酸(NA)这3种不同质量配比的二元有机溶液的特性,发现十二醇-辛酸二元有机溶液质量比分数为40:60时,相变温度为2.08℃,相变潜热为224.5 J/g。经热常数分析仪测试,此二元有机溶液导热系数为0.3 W/(m·K)。试验结果表明,该复合相变蓄冷材料具有合适的相变温度和较高的相变潜热,因此在医药冷链物流系统中具有广泛的应用价值。     

复合相变储冷材料的制备及性能研究

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂,多层石墨烯、TiO2/石墨烯(m(TiO2):m(石墨烯)=25∶75)和TiO2颗粒作为导热添加剂,加入到二元复合有机储冷材料中(m(壬酸):m(葵醇)=60:40),制备了复合相变储冷材料。通过吸光度、DSC和热导率测试等手段,对复合相变储冷材料的稳定性、相变温度、相变潜热及热导率进行了评价分析。结果表明,分散剂和导热添加剂的加入,对储冷材料的相变温度和相变潜热影响不大,但对热导率影响较大。当分散剂SDBS浓度为0.2 g/L,导热添加剂(分别为TiO2/石墨烯和TiO2颗粒)浓度为0.5 g/L时,复合相变储冷材料具有较好的稳定性,其热导率分别为为0.2211和0.2096 W/(m·K),相比没有加入任何导热添加剂的储冷材料的热导率(0.1738 W/(m·K)),分别提高了27.22%和20.61%;当分散剂SDBS浓度为0.3 g/L,导热添加剂多层石墨烯浓度为0.3 g/L时,复合相变储冷材料处于稳定状态,其热导率为0.2268 W/(m·K),相比0.1738 W/(m·K),提高了30.49%。由此可知,多层石墨烯可以更有效地增加复合相变储冷材料的热导率,这主要是由于石墨烯具有非常高的比表面积,有利于复合材料更加均匀地分散以及形成更加完善的网格结构,从而有效增加复合相变储冷材料的稳定性及热导率。选用多层石墨烯为导热添加剂(0.3 g/L),SDBS为分散剂(0.3 g/L),可以制备出体系最稳定、热导率最高的复合相变储冷材料。     

有机复合相变材料性能研究

为了获得适用于建筑领域的相变材料(PCM)和相变温度,以脂肪酸类十酸(CA)、十二酸(LA)、十四酸(MA)、十六酸(PA)、十八酸(SA)和脂肪醇类十二醇(DE)、十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备了一系列有机复合相变材料。采用步冷曲线法测量了PCM相变过程的相变特性。结果表明:酸-酸和酸-醇二元体系以及酸-酸-酸三元体系均存在共晶温度。LA与SA质量比为2∶1左右时,共晶温度为30.6℃;酸-酸-酸三元体系具有比二元体系略低的共晶温度;酸-醇二元体系则具有更低的共晶温度,LA与TD质量比为3∶4左右时,共晶温度为23.1℃;DE作为添加剂可降低CA的结晶温度,当添加DE的质量分数为5%左右时,结晶温度为28.3℃,适用于建筑领域。     

正癸酸-棕榈酸-硬脂酸三元脂肪酸复合相变材料的热性能

以癸酸(CA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)为原料,通过超声法制备了三元脂肪酸复合相变材料。由二元相图确定CA-PA的二元配比,由三元相图确定CA-PA-SA的三元配比,由DSC和FT-IR测试其化学性质和热性能。FTIR表明共混复合相变材料中3种脂肪酸是通过分子间作用力结合在一起;DSC表明共混复合相变材料的相变温度为25.59℃、相变焓176.98J·g-1,由二元和三元相图可以看出,相变温度都是先降低后升高,表现出低共熔物特征;通过500次热循环测试,作为相变材料脂肪酸三元低共熔物具有良好的热稳定性和化学稳定性。根据上面的结论得出CAPA-SA复合相变材料有合适的相变温度和相变潜热,适合做蓄热低温材料。     

颗粒相变储能材料的研究进展

颗粒相变储能是最有效的潜热储能方式之一,同时这种储能材料也是一种新型的定型复合相变材料。分析总结了适合人体舒适温度的石蜡、脂肪酸及其二元共晶物,着重讨论了真空吸附使有机相变材料与颗粒状无机多孔材料相结合的方法。最后提出了这种复合相变材料有待解决的问题。     

颗粒相变储能材料的研究进展

颗粒相变储能是最有效的潜热储能方式之一，同时这种储能材料也是一种新型的定型复合相变材料。分析总结了适合人体舒适温度的石蜡、脂肪酸及其二元共晶物，着重讨论了真空吸附使有机相变材料与颗粒状无机多孔材料相结合的方法。最后提出了这种复合相变材料有待解决的悯题。     

癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨蓄能复合相变材料的制备与热性能研究

癸酸、棕榈酸、硬脂酸形成的三元低共熔物与膨胀石墨通过真空浸渍法制备出新型癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨储能复合相变材料,适宜的质量比为m(癸酸)∶m(棕榈酸)∶m(硬脂酸)=77.0∶11.5∶11.5,m(癸酸-棕榈酸-硬脂酸)∶m(膨胀石墨)=13∶1。采用DSC、FT-IR、TG、SEM、冷热循环实验和蓄/放热实验研究了材料的结构和热性能。SEM和FT-IR分析结果表明低共熔物与膨胀石墨是通过物理吸附方式结合。DSC结果表明复合材料融化和凝固时的相变温度为28.93℃和16.32℃,相变潜热为137.38J/g和141.51J/g。TG结果表明复合相变材料在100℃以下具有良好的热稳定性。500次热循环和蓄/放热实验表明循环前后复合相变材料的热可靠性好,且使用寿命长。膨胀石墨的添加改善了复合材料的热性能和热导率。研究表明制备的新型复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和热导率,热性能稳定可靠,可用于低温蓄能领域。     

脂肪酸三元低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测

对脂肪酸低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测公式进行了选择和实验验证,通过DSC实验测试月桂酸-肉豆蔻酸二元低共熔混合物、月桂酸-肉豆蔻酸-棕榈酸三元低共熔混合物的热物性参数,发现理论预测公式对低共熔质量配比和相变温度的预测与实验结果吻合较好,可以用于计算脂肪酸类低共熔混合物的热特性参数。在此基础上对10种脂肪酸三元低共熔混合物的质量配比、相变温度和潜热进行了预测计算,这10种脂肪酸三元相变温度范围为16.12～38.86℃,相变潜热范围为154.99～177.39J/g。脂肪酸三元低共熔混合物的研究丰富了脂肪酸的相变温度和相变潜热范围,为脂肪酸类相变材料的工程应用提供了更广阔的空间。     

冷链物流中二元有机相变储能材料的制备与热物性能

有机相变储能材料相变潜热高、化学性质稳定、无过冷度和相分离现象。通过对正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸及十四烷进行热力学分析并进行两两复配,得到正癸酸-月桂酸甲酯(摩尔比为30∶70)、正癸酸-正癸醇(摩尔比为36∶64)及月桂酸-十四烷(摩尔比为21∶79)三种二元有机复配物,其相变温度均在0～5℃且相变焓较高。利用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)凝胶对二元有机复配物分别吸附,得到一类适用于果品保质包装与物流技术的相变储能材料;并在凝胶制备过程中加入聚乙二醇1000 (PEG1000)致孔剂,可有效提高凝胶在二元有机复配物的溶胀度。结果表明,PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯相变储能材料的相变温度为3.2℃,相变潜热为188.10 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇相变储能材料的相变温度为1.2℃,相变潜热为177.74 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷相变储能材料的相变温度为4.2℃,相变潜热为206.17 J/g。