纳米纤维素复合相变储能气凝胶制备进展

超轻质材料气凝胶具有超低密度、高比表面积等性能,是高分子材料领域的研究热点之一.综述了纤维素气凝胶的制备、纤维素复合相变储能材料的制备等.纳米纤维素特殊的物性及其模板效应,以纳米纤维素为软模板,自组装制备纳米纤维素复合相变储能气凝胶.探讨了纳米纤维素复合相变储能气凝胶的应用趋势.     

三元体系相分离制备硝化纤维素凝胶及其动态流变性的研究

通过溶剂蒸发引发相分离从硝化纤维素/丙酮/乙醇三元体系中制备出硝化纤维素凝胶,采用线性流变学方法考察凝胶对外界刺激(如应变、频率、温度)的响应程度,研究了凝胶的动态流变性能。结果表明,溶剂/非溶剂(丙酮/乙醇)质量比或硝化纤维素含量影响最终硝化纤维素凝胶的形貌,改变溶剂比例与硝化纤维素含量对硝化纤维素凝胶的动态流变性能的影响不同,增加丙酮含量,制备出的硝化纤维素凝胶体积减小,凝胶中硝化纤维素的含量增加,储能模量G′和损耗模量G″增加,临界应变(γc)随凝胶中硝化纤维素含量的增加而减小;当丙酮/乙醇的质量比为2∶3时,增加硝化纤维素含量,G′和G″值会随着凝胶中硝化纤维素含量的增加先增大后减小。所有硝化纤维素凝胶的储能模量G′和损耗模量G″在整个温度扫描中基本不变,表明硝化纤维素分子链间和硝化纤维素/溶剂间的相互作用不会被升温破坏。     

利用玉米秸秆纤维素制备碳气凝胶的研究

将玉米秸秆中的纤维素通过碱处理以及漂白处理的方法提取出来，再将玉米秸秆纤维素分散在水中，并通过超声以及冷冻干燥的方法制成玉米秸秆纤维素气凝胶，最后将气凝胶高温碳化制得玉米秸秆纤维素碳气凝胶。通过扫描电镜（SEM），红外光谱（FT-IR）,X射线衍射仪，水接触角（WCA）等对玉米纤维素气凝胶以及碳气凝胶进行表征测试，并使用不同油类以及有机溶剂进行玉米秸秆纤维素碳气凝胶的吸附、解吸实验。结果表明，制备的玉米秸秆纤维素碳气凝胶（CA-200）相较于同质量比的气凝胶（AE-200）具有更好的三维结构以及优良的疏水性能。制得的碳气凝胶其水接触角能达到135°，并且其对植物油、润滑油以及乙醇的吸附性能可达自身质量的80～140倍。相较于没有经过碳化的气凝胶AE-200的吸附性能提升了50倍左右。     

还原氧化石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇型抗菌水凝胶的制备与性能

以聚乙烯醇（PVA）、氧化石墨烯（GO）、硝酸银为原料,在不添加引发剂和交联剂的情况下,使用物理交联法（冷冻-解冻法）制得了一系列还原氧化石墨烯（rGO）负载不同质量分数纳米银（AgNPs）/PVA型抗菌水凝胶（rGO-AgNPs/PVA）(PGA-1～PGA-6,阿拉伯数字代表AgNPs的质量分数)。通过FTIR、SEM、TGA、电子万能材料试验机和流变仪对水凝胶的结构、形貌、力学性能和流变性能进行了表征,并对其生物性能进行了测试。结果表明,rGO的加入增强了PVA水凝胶的机械强度,rGO-AgNPs/PVA抗菌水凝胶断裂伸长率比PVA水凝胶提高约60%,拉伸应变达到125%。PVA水凝胶的储能模量和损耗模量均低于rGO-AgNPs/PVA水凝胶;rGO与AgNPs协同抗菌,PGA-3(AgNPs质量分数0.33%)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌带宽度分别约为4.5和5.5 mm;相较于PVA水凝胶,rGO-AgNPs/PVA水凝胶的孔洞增多,r GO通过π-π作用形成网络结构,r GO-Ag NPs/PVA水凝胶显示出多孔互联的微观结构。     

球形纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能表征

以桉木纸浆为原料,制备了不同纤维素质量分数（1%、1.5%、2%和2.5%）的球形纤维素纳米纤丝（CNF）气凝胶。通过扫描电子显微镜（SEM）、全自动比表面积与孔隙度分析（BET）仪、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）仪、组合型多功能水平X射线衍射（XRD）仪和热重分析（TG）仪等技术对制备的CNF气凝胶的进行表征。结果显示：制备的CNF气凝胶为球状,是一种具有三维网络结构的介孔材料,其密度为0.0248~0.0427 g/cm³,孔隙率≥97.33%,孔径≤19.4 nm。该气凝胶材料具有纳米纤维素的红外特征峰,其晶型结构仍然为纤维素Ⅰ型结构,且拥有良好的热稳定性,当CNF质量分数为2%时,气凝胶的最大失重速率温度（T_max）为306.52 ℃。伴随着CNF质量分数的增加,CNF气凝胶的密度、孔隙率逐渐减小,孔体积、BET比表面积先增大后减小,孔径先减小后增大。     

纤维素/聚氨酯复合气凝胶的制备

以LiOH/尿素（urea） /H2O溶液体系制备的再生纤维素为凝胶骨架,HDI三聚体（N3300）为单体,二月桂酸二丁基锡（DBTDL）为催化剂,原位生成了纤维素/聚氨酯（PU）复合凝胶,再冷冻干燥得到纤维素/PU复合气凝胶.通过红外光谱分析（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附-脱附、压缩试验对其结构和性能表征.结果表明：纤维素和N3300反应,改变了纤维素的物理和化学结构;N3300浓度增加,与纤维素骨架反应程度增加,复合气凝胶的力学性能增加,SBET和孔隙率减小,密度增加;N3300用量适宜时,可实现复合气凝胶综合性能的平衡.     

pH值对纤维增强SiO2气凝胶隔热材料性能的影响

以水玻璃为硅源,硅酸铝纤维为增强材料,通过溶胶-凝胶法制备了低导热、低成本,用于墙体隔热的纤维增强二氧化硅气凝胶隔热材料.主要探讨了溶胶pH值对导热性能、纤维的分散性及力学性能的影响.实验结果表明当pH值在6～7之间时,所制备材料的导热系数为0.021 W/(m·K)左右,抗压强度可达到6.11 MPa,并具有优异的柔韧性.     

基于四重氢键的自修复温敏相变凝胶的制备及性能

为提高定型相变材料（SSPCM）的使用寿命，以水和离子液体（IL）为相变材料（PCM），N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为单体，壳寡糖（COS）为添加剂，引入2-脲基-4[1H]-嘧啶酮（UPy）形成四重氢键二聚体，采用自由基聚合法制备了自修复温敏性相变凝胶（S-EBIL）。通过FTIR、SEM、TEM对相变凝胶的化学结构与微观形貌进行表征，并测定了相变凝胶的自修复性、溶胀性和热性能。结果表明，相变凝胶具有多孔结构，内部孔径为18~38 μm，微凝胶核壳尺寸2~4 μm。相变凝胶具有温度敏感性，当温度升高时，相变凝胶黏弹性增大，不仅能维持相变材料的基本形状，而且能防止相变材料泄漏。相变凝胶相变温度为-10~0 ℃，相变焓值最高为252.9 J/g，导热系数为0.52 W/(m?K)。自修复温敏相变凝胶（S-EBIL3，IL与H2O质量比为3∶10）修复效率可达95.5%（30 s）。     

纤维素/超细氧化锌复合气凝胶的制备及抗菌性能研究

通过碱法先将纤维素（CE）溶解,破坏其氢键,再通过交联技术和冷冻干燥技术制备得到具有很好成形性和柔韧性的纤维素气凝胶。将纤维素气凝胶与溶剂热法制备的超细氧化锌（ZnO）通过浸泡法进行复合,得到了CE/ZnO复合气凝胶。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和元素能量散射（EDS）技术对复合气凝胶进行了结构表征,证明了两者的复合是成功的。对复合气凝胶的抗菌性能进行研究,结果表明：随着ZnO用量的增加,复合气凝胶的抗菌性能也在提高。当纤维素气凝胶与ZnO的质量比为1:2时,所得复合气凝胶CE/ZnO-020抗菌效果达到最好,抗菌率达到95.25%。     

纤维素/高岭土/PVA复合树脂凝胶膜的制备与表征

通过化学提取法从蔗渣中提取纤维素物质,利用溶剂蒸发法制备纤维素/高岭土/聚乙烯醇（PVA）复合树脂凝胶膜。采用傅里叶红外分析仪（FTIR）、扫描电镜（SEM）、拉伸测试、溶胀测试考察了单因素树脂溶胀浓度、树脂粒径、交联剂含量、成膜剂含量、增塑剂含量对树脂凝胶膜断裂伸长率、拉伸强度、溶胀度、弹性模量的影响。基于单因素结果进行正交试验。结果表明：当80目≤树脂粒径<100目,戊二醛用量为0.6 mL,丙三醇用量为0.9 mL,PVA溶液用量为6 mL时,复合凝胶膜材料具有优异性能。复合凝胶膜材料吸水倍率在280～300 g/g,常温下100 h后保水率仍可维持10%左右,断裂伸长率高于300%,吸水保水性能、弹性和韧性性能满足后续研发需求。     

污泥焚烧炉渣基定型复合相变储热材料的制备和性能

市政污泥的大量堆积或填埋会破坏局部生态环境,而焚烧可实现污泥的无害化处理,但污泥炉渣中的重金属难以有效固定。为有效固定污泥炉渣中的重金属,资源化利用污泥焚烧炉渣制备低成本复合相变储热材料,提出市政污泥焚烧炉渣作为骨架材料,硝酸钠为相变储热材料,采用冷压-烧结法制备了5种不同质量比的污泥焚烧炉渣基定型复合相变储热材料,并对其传热储热性能、微观形貌、抗压性能以及化学相容性进行研究。结果表明,在100～400℃范围内,焚烧炉渣与硝酸钠质量比为5∶5（样品SS3）时定型复合相变储热材料具有最佳的传热储热性能和良好的高温热稳定性,可实现对重金属的有效固定;炉渣组分与硝酸钠间具有良好的化学相容性,样品SS3的储热密度高达409.25 J/g,热导率最高达0.955 W/（m·K）,抗压强度为139.65 MPa。经历500次加热/冷却循环后,样品SS3仍然具有良好的传热储热性能,表明污泥焚烧炉渣适合作为制备定型复合相变储热材料的骨架材料。     

硫酸钠水合盐相变蓄冷材料的制备及性能优化

针对空调系统应用场合,提出一种以十水硫酸钠（sodium sulfate decahydrate,SSD）为主材的相变蓄冷材料新型制备配方,并对材料的各方面性能加以优化。首先采用步冷曲线法确定成核剂比例,消除材料过冷现象,在此基础上研究分析了不同种类、含量的增稠剂[聚丙烯酸钠（PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素（CMC）、聚阴离子纤维素（PAC）、黄原胶（XG）]对材料相分离及相变潜热的影响,接着加入熔点控制剂氯化铵、氯化钾改变十水硫酸钠的相变温度,调配出满足空调温区的相变材料,最后加入膨胀石墨（expanded graphite,EG）进一步改善材料的导热性和稳定性,并进行了热循环测试。结果表明：添加质量分数3%的硼砂对降低材料过冷度效果最佳;添加质量分数1.0%~2.0%的PAAS可以消除材料的相分离现象,且对材料的相变潜热影响较小。SSD-BPA∶EG质量比为93∶7时材料具有较高的导热性和形状稳定性。经优化后复合相变蓄冷材料的相变温度为7.4℃,相变潜热为117.4J/g,热导率为1.876W/(m·K),经200次循环后材料的相变温度保持稳定,潜热衰减率为14.05%。     

太阳盐/钢渣定型复合相变储热材料的制备与性能研究

全球范围内的能源短缺和环境污染问题迫使人们积极开发可再生新能源。储热技术是解决新能源不稳定性问题的关键技术。相变材料是重要的储热介质之一。熔盐相变材料因其储热密度高,可操作温度范围广的优势,成为储热材料领域研究的热点。为解决熔盐液相易泄漏、低导热和高成本的问题,选择钢渣为基体材料,制备了太阳盐/钢渣定型复合相变储热材料,并通过扫描电子显微镜(SEM),热重–差示扫描量热法(TG–DSC),闪射法导热仪(LFA)和X射线衍射仪(XRD)对复合材料的微观结构、热性能和化学相容性进行了测试与表征。结果表明,钢渣与熔盐质量比5:5的复合材料定型效果最优。复合材料结构紧密;钢渣与熔盐化学相容性良好;复合材料潜热为64.0 kJ/kg,100~500℃内储热密度为945 kJ/kg,热导率高达2.23 W/(m?K)。太阳盐/钢渣复合相变储热材料不仅有利于储热技术的大规模应用,而且为钢铁工业废弃物回收利用提供了良好的参考,对节约资源、保护环境以及提高经济效益具有重要的意义。     

氯化物熔盐材料的制备及其热物理性质研究

制备了NaCl-CaCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂、NaCl-CaCl₂-MgCl₂、KCl-CaCl₂-MgCl₂、NaCl-KCl-MgCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂六种氯化物熔盐材料。采用差示扫描量热法确定它们的低共熔点和组成，测量其比热容、密度、黏度等热物性。测试熔盐材料的质量损失曲线确定工作温度上限，根据测试的结果，对其储能密度进行计算。研究结果表明：NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐材料熔点为380.3℃，流动性较好，工作温度范围为430~700℃，储能密度为625.1 J·cm^-3，是六种熔盐中熔点最低、储能密度最大的熔盐，适合作为传热储热材料。NaCl-KCl-CaCl₂熔盐熔点为503.8℃，工作温度范围为550~850℃，储能密度为559.9 J·cm^-3，储能密度仅次于NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐，适合作为高温储热熔盐材料。     

Polystyrene/vinyl ester resin/styrene thermoplastic elastomer composites: Miscibility,morphology, and mechanical properties

Polystyrene/Styrene‐Ethylene‐Propylene‐Styrene/Vinyl Ester Resin (PS/SEPS/VER) blends used as matrix of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber‐reinforced composites, which included both physical crosslinking points of thermoplastic resin SEPS and chemical crosslinking network of thermosetting resin PS/VER, were prepared by solution blending and hot‐molding. Morphology and mechanical properties of the PS/SEPS/VER composites were investigated in this work. The microstructure of PS/SEPS/VER composites observed by means of scanning electron microscopy (SEM) was correlated with mechanical properties. It is worth noting that, stiffness increased sharply with the addition of VER within a certain range. Impact properties verified the structure that the physical crosslinking points of SEPS were immersed in the chemical crosslinking network of PS/VER. Dynamic mechanical analysis revealed that, incorporation of VER changed the storage modulus and loss tangent. In brief, addition of VER had improved mechanical properties, thermal stability, and fluidity of the composites during processing, indicating a successful result for preparing resin matrix material with outstanding comprehensive performances. Analog map was presented to facilitate better understanding of the special structure of PS/SEPS/VER. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2011     

金属基有机硅树脂涂层复合材料的导热性能

以锌粉为导热填充剂对环氧有机硅树脂进行改性,考察了改性环氧有机硅树脂涂层干膜中锌粉含量对涂层导热系数的影响,分析了涂层厚度对碳钢基材导热性能的影响. 结果表明,环氧有机硅树脂涂层的导热系数约为0.19 W/(m?K),其耐温能力在200℃以上,可保证涂层在中低温烟气余热回收换热器表层长期工作而不发生任何热反应;添加锌粉可改善环氧改性有机硅涂层的导热性能,涂层干膜锌粉25wt%时,涂层材料导热系数达0.35 W/(m?K),较未添加锌粉时增大了84%. 复合材料的导热系数随涂层厚度增加而下降,无涂层的碳钢导热系数为47.59 W/(m?K),涂层厚度为200 ?m时,导热系数降至34.33 W/(m?K).     

癸酸-棕榈酸/SiO2复合相变材料的热性能

以SiO2为载体、癸酸-棕榈酸为相变材料,采用溶胶-凝胶法制备癸酸-棕榈酸/SiO2复合相变材料,考察了其储热性能、导热性能、微观形貌和组成结构. 结果表明,当癸酸-棕榈酸掺入量为0.08 mol时,所制材料具有最好的潜热性能,相变温度为20.02~22.08℃,相变焓为44.53~50.51 J/g,适合在建筑领域应用;当癸酸-棕榈酸掺入量为0.06 mol时,材料导热性能最好,导热系数在第一降温阶段为0.211 W/(m×K),相变平台阶段为0.017 W/(m×K),第二降温阶段为0.040 W/(m×K);材料中SiO2与癸酸-棕榈酸仅是物理嵌合,未发生明显的化学作用,癸酸-棕榈酸掺杂过量时明显包裹SiO2,导致复合相变材料潜热性能和导热性能下降.     

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。     

硬脂醇/膨胀石墨复合相变材料的制备及储热性能

相变储热技术是解决热量在时空上分配不平衡问题的有效手段之一,研制高性能的复合相变材料（phase change material, PCM）成为当前研究者关注的重点。硬脂醇（stearyl alcohol, SAL）等有机PCM目前主要存在热导率偏低以及循环稳定性较差等问题而限制了实际应用。以SAL作为PCM,膨胀石墨（expanded graphite, EG）为高导热多孔基质,采用吸附定形工艺制备了16种SAL/EG复合PCMs[EG含量为7%、14%、21%、28%（质量）;样品密度为700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³、1000kg/m³]。对复合PCMs样品的微观结构、储热能力、导热性能、循环稳定性及充放热性能进行研究与分析。结果表明：SAL完全填充于EG的多孔网络。当样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的水平热导率最高,其值为28.58W/(m ? K),相比于纯SAL[0.38W/(m ? K)]提高了74倍,该值大约是相对应垂直热导率[5.99W/(m ? K)]的4.8倍。另外在构建的充放热性能试验台上研究了样品中心位置的储/放热性能,结果显示样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的样品充放热速率最大,固-液潜热吸热和放热阶段所经历的时间分别为53min和20min。与此同时验证了样品的导热性能和熔化-凝固特性,说明SAL/EG复合PCMs具有稳定可靠的储/放热性能。     

钝化2-乙基-4-甲基咪唑/环氧树脂低温固化体系研究

测定了三种α-甲基丙烯酸钝化2-乙基-4-甲基咪唑固化环氧树脂(EP)体系的凝胶时间及固化反应放热曲线,制定了EP固化体系的固化工艺条件,并对这三种EP固化体系的室温(20℃)储存特性及其浇铸体的综合性能进行了比较。结果表明:这三种EP固化体系均可在80℃时快速固化,浇铸体的固化工艺条件为80℃/4 h;当m(E-51)∶m(Eg-031)∶m(固化剂)=25∶25∶2时,EP固化体系预浸料具有最长的储存期(15 d),是综合性能优良的低成本复合材料制造用基体树脂,其弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和热变形温度分别为109.3 MPa、3.0 GPa、7.76 kJ/m2和125℃。