空调用纳米有机复合相变蓄冷材料制备与热物性

针对目前空调用有机相变蓄冷材料热导率低的问题,将具有高导热性的纳米材料(MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃)添加到所开发制备的二元复合有机蓄冷材料(质量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇)中,从纳米材料的种类和浓度两方面,研究其对复合有机蓄冷材料热物性的影响。实验发现:对于MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃ 3种纳米材料,当其质量分数分别小于0.3%、0.4%、0.8%时,对应纳米复合材料热导率随纳米材料浓度的增加幅度较为明显;与原二元复合有机相变蓄冷材料相比,添加0.3%的MWNTs,热导率提高26.3%;添加0.4%的Al₂O₃,热导率提高13.1%;添加0.8%的Fe₂O₃,热导率提高32.1%;当在一定纳米材料质量分数(如0.7%)下,加入纳米颗粒的复合材料导热性能效果依次为Fe₂O₃>MWNTs>Al₂O₃。不同纳米粒子的添加对原蓄冷材料的相变温度和相变潜热影响很小,相变温度变化波动最大为0.4℃,相变潜热变化波动范围最大为1.4%。     

新型0℃相变蓄冷材料制备及蓄冷特性

针对冷链物流应用场合,提出并制备了相变温度在0℃左右、潜热较高、过冷度较小的以质量分数5%的山梨醇水溶液为基液的相变蓄冷材料,并通过采用纳米材料对其热物性进行了优化研究,设计制作了一种可直接充冷式蓄冷保温箱,以苹果作为保温对象进行了山梨醇蓄冷保温箱的保冷性能实验。结果显示,采用纳米材料（TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃）可以有效降低蓄冷剂溶液的过冷度并增强其热导率;当TiO₂质量分数为0.50%时,可使质量分数5%山梨醇水溶液过冷度降低至1.4℃;当TiO₂质量分数为0.40%时,5%山梨醇水溶液热导率达到最大值,为0.612W/（m·K）;山梨醇水溶液本身并无相分离现象,但因纳米材料沉淀问题需加一定量的增稠剂,最终经优化所得蓄冷材料的配比为5%山梨醇水溶液+0.40%TiO₂+1.0%聚丙烯酸钠（PAAS）,其相变温度为-2.9℃,潜热焓为293.8kJ/kg,热导率为0.62W/(m·K)。本文提出的蓄冷剂溶液可以使苹果在-1～7℃区间保温20h以上,可满足冷链物流“最后一公里”甚至更长距离冷藏运输的时间要求。     

豆荚结构聚乙烯醇缩丁醛/氧化铝复合相变纤维的制备及性能

利用微流控技术成功制备了聚乙烯醇缩丁醛（PVB）基材中共混氧化铝（Al₂O₃）纳米颗粒，其内部包封正十五烷的豆荚结构复合相变纤维。系统考察了Al₂O₃的含量对复合相变纤维的微观结构、相变性能和导热性能的影响规律。研究结果表明，复合相变纤维的致密表面可将正十五烷良好地包封于其内部的独立腔室内，包封率约为30%。在PVB基材中添加Al₂O₃纳米颗粒对复合相变纤维的豆荚结构和相变焓均无明显影响，但可显著提高相变纤维的导热性能。在模拟太阳光照射下，添加10% Al₂O₃纳米颗粒的复合相变纤维的表面温度比不含Al₂O₃纳米颗粒的相变纤维的表面温度升高更快，前者的熔融时间比后者缩短了25%。研究结果将为制备结构可控、具有良好、稳定导热性能和高效、快速调温性能的相变纤维提供重要的实验参考和指导。     

Na2HPO4?12H2O相变储能复合材料制备及热物性

十二水磷酸氢二钠的过冷度、相分离以及热导率低等问题影响了其在低温蓄热场合的应用,因此需要对其进行相关的改性研究。本文通过成核剂和增稠剂的筛选实验及添加导热增强剂纳米氧化铁（α-Fe₂O₃）,制备了质量分数为Na₂HPO₄·12H₂O+2% Na₄P₂O₇·10H₂O+1%黄原胶（GX）+0.2%α-Fe₂O₃复合相变储能材料,并对其进行了凝固放热测试、热物性测试及循环稳定性测试。结果表明：2%的Na₄P₂O₇·10H₂O抑制过冷效果最好,成核效果不随循环次数的增加而减小,过冷度维持在2℃左右;GX可以有效抑制Na₂HPO₄·12H₂O的相分离现象,且质量分数为0.75%～1.25%是较合适的剂量;α-Fe₂O₃可以有效地提高Na₂HPO₄·12H₂O的热导率,添加0.2%α-Fe₂O₃使热导率提高了90.8%;循环150次后,复合相变储能材料的相变潜热值为252J/g,相比于循环前衰减了7.4%,相变温度为35.4℃,过冷度为1.3℃,热导率为2.054W/(m·K),相比纯材料提高了100.2%。改性后的复合相变储能材料相变温度适宜,潜热值大,热导率高,热性能稳定,可推广应用到热泵蓄热、温室生产和电子器件散热等领域。     

PEG-EG固-固相变材料的制备和性能研究

针对固-液相变材料易泄漏和热导率较低的问题,提出了聚乙二醇(PEG)固-固相变的复合材料。复合材料由不同比例、热导率较大的膨胀石墨(EG)骨架与PEG化学枝接得到。研究结果表明,EG质量分数为10%时,复合相变材料仍存在泄漏现象,而EG质量分数为20%、30%时不再有泄漏现象,复合材料表现为固-固相变。另外,复合材料的热导率随EG含量的增加而增大,其中EG质量分数为30%时,复合材料的热导率最高,为8.031 W·m^-1·K^-1,是纯相变材料热导率(0.289 W·m^-1·K^-1)的27.79倍。经历50次循环后,所有复合相变材料的相变温度和相变焓均未有明显变化,证明其具有良好的热稳定性。考虑综合性能,EG的质量分数为20%时,复合相变材料性能最佳,定形效果良好,相变焓(138.30 J·g^-1)和结晶度(88.6%)较高,热导率也可以达到6.870 W·m^-1·K^-1。     

空调用纳米有机复合相变蓄冷材料分散稳定性

纳米材料在有机相变蓄能材料中的分散稳定性对其整体性能的保持具有决定性作用.本文将具有高导热性的纳米材料(MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃)添加到热导率较低的空调用有机相变材料(质量比为73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇)中,制备了纳米复合蓄冷材料;利用测量热导率的高低来间接反映分散稳定性的好坏,研究了分散剂种类、分散剂浓度和超声分散时间对纳米复合有机相变材料分散稳定性的影响.实验证明:分散剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对纳米复合材料的分散稳定效果最好;当添加的分散剂SDBS与不同纳米材料MWNTs、Al₂O₃和Fe₂O₃质量比分别为2:1、3:1和3:1时,所对应的分散稳定性能最好;超声分散时间为90min时纳米复合材料的分散稳定性能最优.为获得性能良好、稳定的纳米有机复合材料提供了新的评价方法和指导.     

十二醇-癸酸-纳米粒子复合相变材料传热性能

针对有机相变材料热导率低的共性,以质量比为58.47:41.53的脂肪烃类低共熔有机物十二醇(DA)-癸酸(CA)为基液,添加纳米粒子MWNT、Cu、Al₂O₃及分散剂SDBS制备出纳米复合相变材料,从纳米粒子种类、添加浓度及超声时间方面研究其对复合有机相变材料热物性的影响。实验发现MWNT、Cu、Al₂O₃的添加都可以不同程度上提高DA-CA的热导率。当超声时间为50min、纳米粒子浓度均为0.1g·L^-1时3种纳米复合材料的热导率大小依次是:MWNT>Al₂O₃>Cu。最优例:超声分散时间90min,DA-CA+MWNT(0.1g·L^-1)+SDBS(0.2g·L^-1)的热导率最大,为0.3602W·m^-1·K^-1,相较DA-CA提高了20.5%,在不影响基液热物性的基础上具有良好的热稳定性。     

片状FeSiAl/Al2O3共填充聚偏氟乙烯复合材料的吸波导热性能研究

以片状铁硅铝(FeSiAl)与氧化铝(Al₂O₃)为功能填料、聚偏氟乙烯(PVDF)为基体制备了系列吸波导热复合材料，同时加入硅烷偶联剂进行表面改性，详细研究了不同填料的配比与偶联剂处理对复合材料吸波和导热性能的影响。结果表明，经偶联剂处理后，当片状FeSiAl与Al₂O₃的填充量都仅为20%(质量分数，下同)时即获得良好吸波性能，最低反射损耗值达到了-37.1 dB，而当FeSiAl与Al₂O₃的含量分别为20%和30%时，热导率较纯PVDF提升了168.2%；通过将片状FeSiAl和Al₂O₃两种填料进行复配并结合偶联剂处理，在较低填充量下实现了吸波和导热性能的兼顾提升。     

氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展

与传统金属材料相比，氧化铝纤维增强氧化铝基(Al₂O₃/Al₂O₃)复合材料因具有比强度高、密度低、耐高温和抗氧化等特点，已经成为新一代备受国内外学者关注的航空航天热结构复合材料。本文介绍了目前常用的氧化铝纤维及其基本性能，总结了Al₂O₃/Al₂O₃复合材料中常用的界面相及其对复合材料性能的影响规律，归纳了Al₂O₃/Al₂O₃复合材料的制备工艺及性能，指出了该材料未来的发展趋势，旨在为国内Al₂O₃/Al₂O₃复合材料的研究提供借鉴和参考，促进Al₂O₃/Al₂O₃复合材料在航空航天领域热端高温部件上的广泛应用。     

低界面热阻、高面外热导率纤维素基复合膜

为有效解决电子设备的高效散热问题,迫切需要开发高性能导热复合材料。近年来,具有高面内热导率的导热复合膜已经取得了很大的进展,但低的面外热导率限制了其应用。在实际应用中,具有高面内和面外热导率的导热复合膜表现出均匀的散热性能,是先进电子器件理想的热管理材料。依据“最密堆积模型”,分别使用球形Al₂O₃粒子和石墨烯微片(GNPs)作为导热模板和导热增强相,采用真空辅助自组装方法,通过填料立体有序结构设计和界面结构优化,制备了高面外热导率柔性细菌纤维素(BC)基导热复合膜材料。大尺寸Al₂O₃粒子构筑基础传热网络,少量小尺寸Al₂O₃粒子填充在大尺寸Al₂O₃粒子之间的间隙,GNPs以球形Al₂O₃粒子为模板进行有序排列;通过调节不同尺寸Al₂O₃粒子的比例和对导热填料进行聚多巴胺(PDA)表面改性,构建了具有低界面热阻的协同立体传...     

十二水磷酸氢二钠纳米复合相变材料的过冷特性

研制了一种以十二水磷酸氢二钠（Na₂HPO₄·12H₂O）为主储能材料的中低温相变材料。通过添加成核剂纳米Al₂O₃、纳米TiO₂、纳米石墨粉、多壁碳纳米管和高分子分散剂聚丙烯酸钠（PAAS）对Na₂HPO₄·12H₂O改性。结果表明,多壁碳纳米管减少过冷度的同时会破坏Na₂HPO₄·12H₂O的相变特性,添加3%（质量分数）的纳米Al₂O₃可以减少40.7%的过冷度,添加4%的纳米TiO₂可以减少44.6%的过冷度,添加4%的纳米石墨粉可以减少62.3%的过冷度。对于添加3%纳米Al₂O₃的复合相变材料,PAAS浓度对过冷度无影响;对于4%纳米TiO₂的复合相变材料,添加4% PAAS过冷度最低为3.2℃,减少了76.1%;对于4%纳米石墨粉的复合相变材料,2% PAAS过冷度最低为1.2℃,减少了90.7%;纳米石墨粉/PAAS/Na₂HPO₄·12H₂O三元复合相变材料经过100次循环实验后,发现具有较好的热稳定性。     

纳米粒子对CO2水合物导热性能的影响

试验研究了不同种类（Al₂O₃、Cu、SiO₂）、不同质量分数（0.05%、0.1%、0.15%）及不同粒径（10、30、50 nm）的纳米粒子对CO₂水合物热导率的影响。结果表明温度为-5~5℃时,纯CO₂水合物热导率为0.553~0.5861 W·m^-1·K^-1,具有玻璃体的变化特性。分散剂SDBS的加入,可改善CO₂水合物-纳米粒子体系的导热性能。在相同的质量分数和粒径下,纳米Cu粒子对CO₂水合物热导率的增强作用最好,但综合考虑水合物生成特性和溶液悬浮稳定性,选用纳米Al₂O₃粒子较合适。Al₂O₃粒子粒径越小,水合物热导率越大,15 nm比50 nm纳米粒子体系中CO₂水合物热导率的增长率平均提高了12.7%。此外,CO₂水合物热导率随Al₂O₃粒子质量分数的增大而增大,质量分数由0.05%增加到0.15%时,水合物热导率的增长率由4.2%提高到8.2%。     

氧化铝源对CA6多孔材料相组成和显微结构的影响

用Al(OH)₃、Al₂O₃微粉(uf-Al₂O₃)、工业Al₂O₃粉作为氧化铝源,CaCO₃为钙源,通过高温固相反应合成了六铝酸钙(CA₆)材料,研究了氧化铝原料对材料物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明,以Al(OH)₃、Al₂O₃微粉、工业Al₂O₃为氧化铝源的试样在1 300 ℃时开始有CA₆相生成,各试样固相反应结束温度为1 500 ℃,继续提高烧成温度对物相组成没有影响。反应生成的CA₆显微形貌因氧化铝原料不同而不同,以Al(OH)₃为氧化铝源时,CA₆的显微形貌多为片状结构;以工业Al₂O₃为原料时,CA₆的显微形貌多为板片状和颗粒状;但以uf-Al₂O₃为氧化铝源时,CA₆的显微形貌则多为等轴状晶粒。以uf-Al₂O₃为氧化铝源时,制备的材料耐压强度和体积密度最高,气孔率最低;以Al(OH)₃为氧化铝源时,制备的材料耐压强度和体积密度最低,气孔率最高。     

成核剂对蓄冷材料CaCl2溶液过冷度的影响

以氯化锶、硝酸锶、硝酸铜、硝酸锂、硝酸钴和硝酸铝为成核剂,研究了几种成核剂分别对30%氯化钙溶液过冷度的影响。结果表明,分别添加适量硝酸铜、硝酸锂、硝酸钴、硝酸铝虽能降低30%氯化钙溶液的过冷度,但会降低其相变潜热;而添加1.5%Sr(NO₃)₂或1.0%SrCl₂·6H₂O成核剂,既能有效地去除30%氯化钙溶液的过冷度,又对其相变潜热基本无影响,是较理想的成核剂。考虑到硝酸盐是无机盐材料中具有防腐性能且相变潜热值和导热系数较高的材料,故选择1.5%Sr(NO₃)₂作成核剂。     

温室用Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O复合定形相变材料制备及性能

十水硫酸钠因过冷度、相分离、相变温度过高和液相泄漏等问题,限制了其在日光温室中的应用,所以需要对其进行改性研究。本文通过添加十二水磷酸氢二钠改善过冷度、氯化钾降低相变温度以及树脂作基体解决相分离和液相泄漏,制备出了Na₂SO₄·10H₂O+80% Na₂HPO₄·12H₂O+6% KCl+6%树脂（质量分数,余同）的复合定形相变材料,并进行了升降温、差示扫描量热仪（DSC）和循环稳定性的测试。结果表明：添加80%十二水磷酸氢二钠,其过冷度和相变潜热分别为1.35℃和268.7J/g;再添加6% KCl可以使相变温度达到温室所需温度23.89℃,且潜热为183.25J/g;最后加入6%树脂可以抑制相变材料的相分离和液相泄漏等问题,其凝固温度为11.56℃,熔化温度为22.61℃,过冷度为1.41℃,相变潜热为143.6J/g。复合定形相变材料在加热到50℃时,没有液相泄漏产生;经过100次循环,其潜热降为127.8J/g,比循环1次衰减了11.2%。得到的复合定形相变材料具有潜热值较大、相变温度合适、热稳定性较好等优点,适合应用于日光温室领域。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

Na2S2O3·5H2O复合材料的制备及循环稳定性能

为了解决Na₂S₂O₃·5H₂O存在的过冷度过大导致不结晶的问题,提高复合相变材料的循环稳定性并抑制相分离现象,以CaSO₄和1-萘酚（C₁₀H₈O）为成核剂;聚丙烯酸钠（PAAS）和羧甲基纤维素钠（CMC）为增稠剂进行改良,通过步冷曲线和差示扫描量热法（DSC）对复合相变材料进行了研究。实验结果表明：加入质量分数为1%和5%的CaSO₄、0.5%和3%的C₁₀H₈O对Na₂S₂O₃·5H₂O有较好的成核作用。萘酚体系在加入增稠剂后降温冷却时不出现结晶现象。对于CaSO₄体系,增稠剂PAAS效果优于CMC,Na₂S₂O₃·5H₂O+1%CaSO₄+2%PAAS复合材料相变温度47.7℃,相变潜热为200.4J/g;Na₂S₂O₃·5H₂O+5%CaSO₄+2%PAAS复合材料相变温度48.2℃,相变潜热为213.4J/g;经过100次高低温循环后,1%CaSO₄的复合材料相变温度47.6℃,相变潜热为192.4J/g,相较循环前相变潜热降低了3.99%。5%CaSO₄的复合材料相变温度47.8℃,相变潜热211.2J/g,相比循环前下降1.03%。5% CaSO₄体系较优于1% CaSO₄体系,循环前后潜热值、相变温度变化不大,循环稳定性良好。     

PEG/SiO_2-Ni复合定形相变材料的制备与性能研究

为提高相变储能材料的热导率和稳定性,以聚乙二醇(PEG)、SiO_2和泡沫镍为原料,基于溶胶-凝胶和真空浸渍法制备了一种新型热导率增强的定形复合相变材料PEG/SiO_2-Ni,并对其性能进行表征。结果表明,镍泡沫的引入使复合相变材料的热导率达到0. 57 W/(m·K),与PEG/SiO_2相比,热导率提高了96. 6%,其储热所用时间也相对减少了63. 4%,有效提高了PEG/SiO_2-Ni相变材料强度和储/放热速率。同时,PEG/SiO_2-Ni相变材料还具有良好的定形相变效果、结构稳定性和较高的相变潜热。     

聚乙二醇二元体系的相变特性研究

采用步冷曲线法和差示扫描量热法考察不同分子量聚乙二醇(PEG)及其二元相变体系的相变特性。结果表明,PEG分子质量和组分质量比对相变体系的相变温度和相变潜热有较大的影响,随着PEG分子量的增大,相变起始温度和相变峰温均呈升高趋势,相变潜热先升后降;二元相变体系PEG2000/PEG4000不同质量比步冷曲线均有明显的温度平台,结晶温度38.4⁴3.2℃,且变化趋势相近;DSC分析PEG2000/PEG4000相变温度和相变潜热均处于PEG2000和PEG4000单一组分范围之间,不同质量比时升温过程中双组分单独作用出现双峰,降温过程中双组分协同作用出现单峰。因此,将不同分子量PEG按一定质量比例共混可实现温度调控的相变材料。     

硅藻土基脂肪酸定型相变材料的制备与表征

脂肪酸类相变材料(PCMs)在缓解建筑用能源危机上有着巨大的应用前景。本工作制备了月桂酸–肉豆蔻酸–硬脂酸(LA–MA–SA)的相变材料。以多孔网状膨胀石墨(EG)为热导率增强材料、硅藻土(DE)为定型材料,通过熔融浸渍法分别制备了含质量分数为2%EG、4%EG、6%EG、8%EG、10%EG的高热导率的LA–MA–SA/EG/DE定型复合相变材料,对定型复合相变材料进行微观结构分析和热物性测量。结果表明：LA–MA–SA与EG和DE为物理吸附过程且吸附效果良好。稳态法热导率测试发现,EG可以有效提高PCM的热导率,添加2%～10%的EG,热导率增强了29.7%～708.2%。通过泄漏测试发现,添加DE能够对复合物起到一定的定型作用,防止PCM的泄漏。对复合物进行100次DSC循环后,材料的相变温度和相变潜热均无明显变化。通过蓄/放热试验发现,LA–MA–SA/10%EG/10/%DE的石膏板在加热冷却过程中分别表现出良好的储、放热性能和较长的相对热舒适时间,较纯石膏板延长0.82 h。