纳米复合材料的制备及相变特性研究

以4种不同类型的纳米碳材料(纳米石墨烯GNP-B、纳米石墨烯GNP-C、多壁碳纳米管MWCNTs和石墨化多壁碳纳米管G-MWCNTs)为填料,采用两步法制备了不同质量分数(0.2%～3.0%)的纳米复合相变材料。扫描电镜分析表明纳米碳材料较好地被石蜡包覆,由于纳米碳材料具有不同的管状和层状结构,纳米复合材料表现出不同的比表面积。红外光谱分析(FT-IR)表明纳米碳材料与石蜡之间未发生化学反应,仅以物理方式彼此结合。差示扫描量热分析(DSC)表明,纳米碳材料的种类和浓度对纳米复合材料相变温度的影响很小,熔化和凝固过程中最大的相变温度差分别为0.74℃和1.11℃。但随碳纳米颗粒质量分数的增加,复合相变材料的相变潜热值逐渐减小。对于4种纳米复合材料,当质量分数为3%时,4种纳米复合材料(MWCNTs、G-MWCNTs、GNP-C和GNP-B)熔化过程的相变潜热相比纯石蜡分别降低了7.3%、13%、12%和12.8%,凝固过程的相变潜热相比纯石蜡分别降低了11.2%、19.9%、17.8%和11.4%。     

基于石墨烯相变材料的锂离子电池热管理技术研究

锂离子电池由于其高能量与高能量密度而被广泛运用于生活中的各个领域,但这也导致它在运行期间容易升温,影响电池的正常工作。相变材料(PCM)是一种有效热能存储材料,由于其在转变物理性质的过程中可以吸收或者释放大量潜热,从而被研究应用于电池热管理系统。该文以石蜡（PA）作为相变基体,膨胀石墨（EG）和石墨烯协同增强导热,制备高导热性的复合相变材料。在不同石墨烯含量下,观察其在锂电池放电过程中的冷却作用。结果表明,复合相变材料能有效降低工作中锂离子电池的表面温度,同时使电池的性能更加稳定。通过对比复合相变材料与PA的降温效果,发现当放电倍率越高,其降温效果越好。当放电倍率为3C、复合相变材料为PCM-4时,冷却效果较好,电池最高表面温度41.24℃,比PCM-1下降5.31℃,较PA而言,温度降低10.39℃。     

纳米石墨烯片/石蜡复合相变蓄热材料的热性质研究

采用两步法,通过磁力搅拌和超声振荡,制备了以纳米石墨烯片GnPs为导热增强相的纳米GnPs/石蜡复合相变蓄热材料。红外光谱分析结果表明GnPs与石蜡之间未发生化学反应,仅是简单的物理复合作用。差示扫描量热分析(DSC)表明,复合材料的相变温度几乎保持不变,但其相变潜热随纳米GnPs含量的增加呈降低趋势,在质量分数为1%时,熔化和凝固过程的相变潜热较纯石蜡分别下降约9.6%和10.1%。此外,复合材料的导热系数随GnPs质量分数增加而增加,在质量分数为2%时,导热系数相对提高率为34.2%,表现出良好的强化导热效果。     

石蜡/改性硅藻土复合相变储能材料的制备及性能研究

以石蜡为相变储能材料,改性硅藻土为载体,无水乙醇为溶剂采用溶液插层法制备了石蜡/改性硅藻土复合相变储能材料,利用综合热分析仪(TG-DSC)测定了复合材料的相变温度、相变潜热及复合材料的热稳定性,通过扫描电镜(SEM)、FT-IR分别对复合材料的微观结构及兼容性进行了表征,结果表明:复合相变储能材料中石蜡的适宜含量为65%,此时相变温度为53.7℃,相变潜热为147.93J/g,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

膨胀石墨/石蜡复合材料的制备及热管理性能

石蜡作为相变材料(PCM),膨胀石墨(EG)为导热增强剂,制备不同EG含量的膨胀石墨/石蜡(EG/PCM)复合材料。采用瞬态热线法测量样品的导热系数;把EG/PCM应用于锂离子电池热管理,研究不同EG含量的EG/PCM热管理性能;采用ANSYS软件分析EG/PCM的导热系数对锂离子电池热管理的影响。结果表明:EG的加入大幅度提高了PCM的导热系数,EG含量≥9%时,EG/PCM的导热系数呈各向异性;锂离子电池表面温度随EG含量增加而减小,EG(12)/PCM(88)表现出优异的热管理性能;适当地提高EG/PCM的径向导热系数,有利于提高它的热管理性能。     

纳米AlN/石蜡复合材料的制备及相变传热特性

针对石蜡作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,采用熔融浸渍法配备纳米AlN/石蜡复合材料。通过XRD、DSC(TG)、SEM、闪光法对材料表观形貌和热性能参数进行测试。结果表明,纳米AlN的添加使石蜡的熔点略有降低,导热系数在35℃时达到最大值,之后急剧下降,复合材料相变潜热减小,但材料整体性能稳定。     

纳米AIN/石蜡复合材料的制备及相变传热特性

针对石蜡作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,采用熔融浸渍法配备纳米AlN/石蜡复合材料.通过XRD、DSC(TG)、SEM、闪光法对材料表观形貌和热性能参数进行测试.结果表明,纳米AIN的添加使石蜡的熔点略有降低,导热系数在35℃时达到最大值,之后急剧下降,复合材料相变潜热减小,但材料整体性能稳定.     

碳纳米管含量对纳米复合材料相变特性的影响

以多壁碳纳米管(CNTs)为填料,采用两步法制备了不同质量分数(0.1%~1.0%)的CNTs/石蜡复合相变材料,并对其相变特性进行了实验研究。研究表明,复合材料的相变温度几乎保持不变,但其相变潜热随碳纳米管含量的增加呈降低趋势,熔化时间和凝固时间随碳纳米管含量的增加逐渐缩短,在CNTs质量分数为1.0%时,复合相变潜热值下降了6.3%。熔化时间和凝固时间分别缩短了31.0%和25.5%。复合材料的固、液态导热系数随碳纳米管含量的增加而大幅度提高,在25℃,CNTs质量分数为0.5%时的复合相变材料的导热系数提高了13.2%,体现了良好的强化导热效果。此外,碳纳米管含量较小时,复合相变材料的粘度基本不受碳纳米管加入的影响。碳纳米管质量分数为0.5%和1.0%的复合相变材料的粘度比纯石蜡的粘度提高了1.0%和1.5%,说明碳纳米管含量是影响复合相变材料粘度的一个主要因素,进而影响复合材料的相变特性。     

氮化硼/脂肪酸复合相变材料的形状稳定性和导热性分析

目的 探究氮化硼(BN)对月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)等4种脂肪酸(FA)的形状稳定性和导热性的影响。方法 将FA融化后,添加BN,在熔融状态下共混,制备出4种不同的成型复合相变材料,并分析BN的添加量、光?热转换、储热时间和温度对复合相变材料的密度和形状稳定性的影响,以及BN添加量对FA相变材料热导率的影响。结果 复合相变材料的密度随着BN添加量的增加呈线性增大趋势,稳定性也随之增强,在4种FA中添加BN的最佳质量分数分别为68%、69%、69%、68%;复合相变材料的泄漏率随着储热时间的增加呈线性增大趋势,在储热12 h时其泄漏率小于0.6%,泄漏率随着储热温度的升高而增大,在高于熔点25 ℃左右条件下加热3 h,泄漏率低于0.1%;材料经过4次光?热转换后,其泄漏率小于0.4 %;复合材料的热导率分别比纯FA的热导率提高了401.91%、597.92%、353.74%、304.95%。结论 制备的成型复合相变材料具有不同的储能温度、导热性能和稳定性,可以作为运输过程中的保温材料。     

双层相变材料的制备及其对锂离子电池控温性能的影响

电池热管理系统是保证电动汽车电池性能的关键部分，目前多使用单相变材料冷却技术。以相变温度不同的石蜡作为储热材料，以膨胀石墨作为吸附材料，设计了双层相变材料控温结构，双层相变材料结构具有“接力赛”式的双重缓冲控温过程。对制备的2种相变材料进行表征和测试，得出最佳材料配比。在不同的环境温度中将双层相变材料控温结构应用于锂离子电池进行放电实验。结果表明：质量分数为10%的双层相变材料在导热系数和泄漏率方面有较好的表现和较高的潜热值，双层相变材料结构在25℃和37℃环境温度中能够使锂离子电池最高放电温度分别保持在42℃和51℃,具备良好的控温效果，能在一定程度上保证锂离子电池的安全使用并延长其寿命。     

新型复合相变储能材料Na/Paraffin的制备与性能分析

为提升广泛应用于相变储能领域的石蜡的导热系数,在手套箱内将导热系数高、熔点低、密度小的金属Na与石蜡复合为Na/paraffin新型相变储能材料,并对其导热系数、相变潜热及储/放热特性进行研究。结果表明:5%Na/95%paraffin复合相变储能材料导热系数较纯石蜡提高了17.6倍,储/放热速率均较纯石蜡提升了1倍;经过200次循环实验后,3%Na/97%paraffin复合相变储能材料相变温度由60.58℃下降到59.65℃,相变潜热由166.7520J·g~(-1)下降到160.5632J·g~(-1),热导率由2.33W·m~(-1)·K~(-1)减少到1.98W·m~(-1)·K~(-1)。     

Thermal properties measurement and heat storage analysis of paraffin/graphite composite phase change material

This study aims at the preparation of a paraffin/graphite waste composite for thermal energy storage application at low temperature. In this composite material, the paraffin is characterized by high phase change latent heat and graphite serves as the heat transfer promoter. An investigation by means of a Differential Scanning Calorimeter (DSC), a periodic temperature method and a heat storage/release performance unit was conducted in order to measure the phase transition properties, the thermal conductivity and the melting time of the paraffin/graphite waste composites respectively. Experimental results indicated that the melting temperature did not change with the change of the amount of paraffin. On the other hand, the latent heat of phase change material increased with the increasing of the paraffin content. Furthermore, the heat transfer in the composite material during the heat storage process was enhanced through thermal conductivity improvement.     

一种适合潜热输送的高温相变石蜡乳状液的热性能

针对太阳能利用、余热利用、集中供暖等应用背景,采用差示扫描量热法(DSC)遴选了一种相变温度合适(相变峰值87℃)、相变潜热值较大(203.9J/g)的工业石蜡,并以此为相变材料,采用非离子型乳化剂及助乳剂复配的方法研制了3种浓度的石蜡乳状液高温潜热输送材料。测定了石蜡乳状液高温潜热输送材料的相变点、相变潜热等热物性,并研究了其蓄热特性。结果表明,该材料是一种在80～90℃之间存在相变的储、传热工质,在相变区间内的储、载热密度远大于水,是一种良好的潜热输送材料。     

BN表面沉积纳米Sn对BN/环氧树脂复合材料导热绝缘性能的影响

采用液相还原法,制备了BN表面沉积纳米Sn粒子(BN-Sn NPs)杂化材料,用于环氧树脂(EP)的导热绝缘填料。BN-Sn NPs表面纳米Sn的粒径和熔点分别为10~30 nm 和166.5~195.3℃。BN表面沉积纳米Sn后,粉体Zeta电位及压片的导热系数增加,EP滴在压片表面的接触角降低。在BN-Sn NPs/EP复合材料固化过程中,BN-Sn NPs表面纳米Sn熔融烧结,有利于填料相互桥联在一起,降低接触热阻,并改善界面性能,从而提高BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数。当填料体积含量为30vol%时,BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数达1.61 W(m·K)?1,比未改性BN/EP复合材料的导热系数(1.08 W(m·K)?1)提高了近50%。Monte Carlo法模拟表明,BN和BN-Sn NPs在EP基体中的接触热阻(R_c)分别为6.1×106 K·W?1和3.7×106 K·W?1。与未改性BN/EP复合材料相比,BN-Sn NPs/EP复合材料的介质损耗增加,介电强度及体积电阻率降低,但仍具有良好电绝缘性能。      

Construction of 3D Skeleton for Polymer Composites Achieving a High Thermal Conductivity

Owing to the growing heat removal issue in modern electronic devices, electrically insulating polymer composites with high thermal conductivity have drawn much attention during the past decade. However, the conventional method to improve through‐plane thermal conductivity of these polymer composites usually yields an undesired value (below 3.0 Wm^?1 K^?1). Here, construction of a 3D phonon skeleton is reported composed of stacked boron nitride (BN) platelets reinforced with reduced graphene oxide (rGO) for epoxy composites by the combination of ice‐templated and infiltrating methods. At a low filler loading of 13.16 vol%, the resulting 3D BN‐rGO/epoxy composites exhibit an ultrahigh through‐plane thermal conductivity of 5.05 Wm^?1 K^?1 as the best thermal‐conduction performance reported so far for BN sheet‐based composites. Theoretical models qualitatively demonstrate that this enhancement results from the formation of phonon‐matching 3D BN‐rGO networks, leading to high rates of phonon transport. The strong potential application for thermal management has been demonstrated by the surface temperature variations of the composites with time during heating and cooling.     

无压烧结制备高致密度AlN-BN复合陶瓷

以低温燃烧合成前驱物制备的比表面积为17.4m²/g的AlN粉末和市售BN粉末为原料, 利用无压烧结工艺制备AlN-15BN复合陶瓷, 研究了复合陶瓷的烧结行为以及制备材料的性能, 结果表明: 由于AlN粉末的烧结活性好, 复合材料的烧结致密化温度主要集中在1500～1650℃之间, 在1650℃烧结后, AlN-15BN复合陶瓷的相对密度可达95.6%. 继续升高烧结温度, 材料的致密度变化不大, 热导率继续增加. 在1850℃烧结3h后, 可以制备出相对密度为96.1%, 热导率为132.6W·m^-1·K^-1, 硬度为HRA64.2的AlN-15BN复合陶瓷. 提出了高比表面积的AlN粉末促进复合陶瓷烧结的机理, 利用XRD, SEM等手段对烧结体进行了表征.     

氮化物对增强线性酚醛树脂导热性能的对比研究

目的对比探讨氮化物陶瓷颗粒AlN和BN对热塑性酚醛树脂复合材料导热率的影响,制备高导热复合材料,并将其应用于电子塑封领域。方法首先,采用硅烷偶联剂对AlN和BN进行表面改性,以增强其在有机聚合物中的分散性。然后通过在线性酚醛树脂中添加不同粒径的陶瓷颗粒,对比粒径及填料含量对线性酚醛树脂复合材料导热率的影响,从声子角度分析,获取适合作为提高复合材料导热性能的填料。结果经过硅烷偶联剂表面改性后,陶瓷颗粒AlN、BN与水的接触角变大,与树脂的接触角变小,能够更好地分散在线性酚醛树脂中。在线性酚醛树脂中添加不同粒径、不同含量的AlN和BN,发现在不同含量范围内,填料粒径对复合材料导热率的影响不同。根据声子传递热量理论分析,BN较AlN在与C形成的界面上更容易传输热量,从而实现了较高的导热率。结论氮化物陶瓷颗粒能够很好地增强复合材料的导热率,尤其是BN,其态密度和C的态密度重叠率极高,更适合在BN与C的界面快速传递热量。     

混合溶剂分散法制备耐高温、高导热六方氮化硼/半芳香聚酰胺12T复合材料及其性能

制备兼具优异耐高温性能和导热性能的聚合物基复合材料对于电子元器件的封装保护、高效散热和稳定成型至关重要。本文通过混合溶剂分散法(MSD)制备了六方氮化硼(BN)/半芳香聚酰胺12T (PA12T)复合材料,并对复合材料的微观结构、导热、耐高温、介电和力学性能进行了表征。结果表明:混合溶剂分散法可以有效实现BN和PA12T粉末的均匀悬浮,并可协同真空辅助自组装法与真空热压法构筑具有均一分散和取向结构的复合材料。研究表明,当BN/PA12T复合材料中的BN含量为40wt%时,混合溶剂分散法制备的样品的平面导热率可以达到2.73 W/(m·K),是机械混合法(MM)制备的样品(1.59 W/(m·K))的1.72倍,同时其具有优异的力学性能、低介电常数(3.6)、介电损耗(0.016)和显著的耐高温性能(维卡软化点超过250℃且初始分解温度可达446℃)。综上所述,混合溶剂分散法制备的BN/PA12T复合材料在电子封装及热管理领域中具有广阔的应用前景。