相变材料纳米胶囊的制备与性能

以正十八烷和环己烷为囊芯．三聚氰胺-甲醛树脂为囊壁材料。原位聚合法合成了平均粒径为0．77um的相变材料纳米胶囊。并在120℃～180℃对其进行热处理30min。通过SEM、DSC、DTA和TG等手段对纳米胶囊的性能进行分析发现。pH值对纳米胶囊乳液的稳定性影响很大．并影响到纳米胶囊的外观；环己烷的加入对未经热处理的纳米胶囊的表面形貌没有影响，但对结晶成核有很大影响；热处理温度影响纳米胶囊的热稳定性。在120℃～160℃处理温度范围内．热稳定性随热处理温度升高而升高．热处理温度超过160℃后。继续提高热处理温度．热稳定性降低．其中160℃热处理获得的纳米胶囊的耐热温度在200℃以上。     

热处理对相变材料纳米胶囊性能的影响

以环己烷和正十八烷为囊心,用原位聚合法合成了三聚氰胺-甲醛树脂为囊壁的相变材料纳米胶囊,在不同温度下对胶囊热处理不同的时间,采用SEM,DSC,TG-DTA和IR等测试手段对胶囊的性能进行了研究.结果表明,热处理对胶囊的表观形貌、相变性能和耐热性能有很大的影响,热处理过程中环己烷扩散出囊壁,在胶囊内形成预留膨胀空间,使胶囊的耐热温度增高.当热处理温度为160～180℃,热处理时间在30～60min时,得到的胶囊破裂较少,胶囊的相变热为150J/g,耐热温度可以达到215℃左右.     

单晶多孔α-Fe2O3纳米棒的制备及其催化性能

以Fe(NO)3·9H2O和KOH为原料,在100℃下水热反应6h制备了α-FeOOH纳米棒,并在不同温度下对其进行热处理,得到具有一维纳米孔结构的α-Fe2O3单晶.用XRD和TEM对α-FeOOH和热处理产物a-Fe2O3的物相、形貌进行表征,并结合TGA和FT-IR研究了α-FeOOH的热处理过程.结果表明,α-FeOOH在239～295℃温度区间发生脱水相变a-FeOOH→α-Fe2O3.纳米α-Fe2O3很好地保持棒状,但在其表面出现了孔洞,随着温度的升高孔洞趋于愈合.采用DTA考察了α-Fe2O3纳米棒对高氯酸铵(AP)的催化作用.不同温度下热处理得到的α-Fe2O3均使AP的高温分解温度显著降低,其中350℃热处理得到的α-Fe2O3纳米棒使AP高温分解温度最大降幅达71.4℃.     

低温热氧化处理温度与时间对氧化钒薄膜性能的影响

采用直流对靶磁控溅射氧化钒薄膜再附加热氧化处理的方式进行金属-半导体相变特性氧化钒薄膜的制备,研究了低热处理温度下热处理温度与时间对氧化钒薄膜组分、晶体结构和相变性能的影响.新制备的氧化钒薄膜为V2O3和VO的混合相.经300℃/1h热处理后,薄膜内出现单斜结构VO2,薄膜具有相变特性;保持热处理时间不变,升高热处理温度至360℃,薄膜表面变得致密,致密的薄膜表面阻碍了氧气与薄膜内部V2O3和VO的反应,VO2成分含量与300℃/1h处理时的含量接近;增加热处理温度并延长热处理时间,如热处理条件为320℃/3h时,薄膜内VO2成分大量增多,电阻值变化幅度超过两个数量级;在300～360℃的热处理温度区间内,薄膜内V2O3和VO不断向VO2转变,相变性能变好,但对VO2的单斜金红石结构没有影响.     

相变窗传热特性实验研究

本文采用熔融共混法制备十四酸(MA)-十六醇(HD)二元有机复合相变材料,利用差示扫描量热仪(DSC)确定了复合相变材料的相变温度和相变潜热。相变温度为35.5℃,相变潜热为218.23 kJ/kg,经过300次热循环实验,结晶温度变化在0.2℃以内,热稳定性良好。利用高低温交变试验箱模拟夏季室外温度变化(变化范围18~58℃),测试了双层窗与相变窗内外表面温度随环境温度的变化特性。结果表明:相变窗外表面温度峰值较双层窗降低5.9℃,相变窗内表面温度峰值较普通双层窗降低0.6℃,温度持续稳定100 min,整个测试过程中相变窗控温效果明显。相变窗较双层窗具有良好的负荷转移能力。     

纳米SnO_2固体的相变内耗和模量

系统测量了不同颗粒尺度纳米 SnO_2固体的内耗和模量,发现60℃附近存在一个内耗峰,对应的模量出现异常.烧结温度升高,峰高变化不明显,模量异常减弱.当烧结温度高于400℃时,模量曲线在-15℃附近出现异常,这种模量异常随烧结温度升高而加强,对应的内耗曲线出现一小峰.初步认为,60℃附近内耗峰和模量异常与纳米固体中的结构再有序有关,而-15℃处的模量异常为结构相变引起.     

Al2O3纳米流体相变特性的DSC研究

纳米流体相变时所体现出的特性是其作为蓄冷相变材料使用的重要基础。利用差示扫描量热法分别测量了纳米颗粒粒径为10nm、20nm、50nm、100nm、500nm,质量分数为5%、10%、12%、15%、20%,以及降温速率为2℃/min、3℃/min、5℃/min、7℃/min、9℃/min的Al2O3纳米流体的凝固点、冰点、融化点、比热及相变潜热的影响。测量结果表明:纳米流体的凝固点、冰点值都高于去离子水;随着颗粒粒径、质量分数和降温速率的增加,纳米流体的凝固点、冰点逐渐升高,而比热值逐渐减小。融化温度随着颗粒粒径、质量分数的增加而增加,且随着降温速率的增加而小幅度的降低。去离子水的相变潜热值高于纳米流体的潜热值;随着纳米颗粒粒径的增加,潜热值越大;随着质量分数和降温速率的增加,相变潜热值越小。     

纳米铜/石蜡复合相变蓄热材料的导热性能研究

采用HotDisk热分析仪测试了Cu/石蜡体系在不同纳米颗粒质量分数、温度和热循环次数下的导热系数。研究表明,Cu/石蜡体系的固、液态导热系数随纳米Cu颗粒含量的增加呈非线性增加;温度变化对相变材料导热系数的影响并不明显,但当温度升高至相变温度区间时,相变材料的导热系数急剧增加;复合材料在经历100次热循环后,材料的导热系数值仍较稳定。     

TC4钛合金相变温度的测定与分析

相变温度对钛及钛合金加工和热处理具有重要意义。采用计算法、差热分析法和连续升温金相法3种手段计算和测定了TC4两相钛合金(α+β)/β的相变温度。计算法由于各主要元素及杂质元素含量对相变温度的影响值是在一个含量范围内的计算值,因此计算的相变温度与实测值是接近的;差热分析法由于测量过程中加热产生相变滞后现象,导致所测相变温度略高;而连续升温金相法由于淬火温度间隔选择较小,测量的准确性较高,因此更能准确测量TC4钛合金的相变温度。通过连续升温金相法,观察不同淬火温度的试样在光学显微镜下的显微组织变化,发现升温过程中初生α相完全消失的温度,从而确定了TC4钛合金的相变温度为998℃。并分析了不同钛合金相变温度差异的原因。     

双壳微纳米相变胶囊/石膏复合材料等温吸放湿特性及机理研究

为了分析双壳微纳米相变胶囊复合材料的亲水性能,采用饱和盐溶液法对双壳微纳米相变胶囊复合材料的吸放湿平衡含湿量进行测试。并且采用红外光谱仪、扫描电镜对双壳微纳米相变胶囊、双壳微纳米相变胶囊复合材料结构及形貌进行测试。通过数学拟合方法,依据菲克定律以及吸放湿滞回环的表现,发现双壳微纳米相变胶囊复合材料存在着"绑定"水分,并提出了化学吸附不可逆吸放湿机理。结果表明,双壳微纳米相变胶囊外壳高分子壁材在复合材料吸放湿过程中,既有类似石膏孔隙的物理吸附,同时也存在"绑定"水分的化学吸附;"绑定"水分量随双壳微纳米相变胶囊掺量增加而增加,并且不随等温条件下相对湿度改变而变化。     

以高岭石稳定的Pickering乳液为模板制备高岭石聚脲微胶囊及相变性能研究

相变微胶囊以其优异的储热性能被广泛用于建筑节能等领域,但是,由于传统相变微胶囊常以表面活性剂所稳定的乳液为模板,由单一高分子聚合物形成囊壁,导致其热稳定性和储热性能较低。本文通过在高岭石稳定的水/石蜡乳液界面处引发异佛尔酮二异氰酸酯和水发生聚合反应,成功获得了囊壁为高岭石聚脲包封客体为石蜡的相变微胶囊。结果表明:相变微胶囊形貌规整呈球形,微胶囊平均粒径为42μm并可通过调控乳液液滴大小实现尺寸调控;该微胶囊的石蜡包封率达85.3%,相变点为49.6℃,热分解温度为218℃,相变潜热高达175.7 J/g。以高岭石稳定的Pickering乳液为模板所制备的相变微胶囊具有良好的热稳定性和相变潜热,有望作为相变储热材料应用于节能领域。     

无机盐/陶瓷基复合蓄热材料高温稳定性的研究

通过理论分析和XRD、DSC及传统热分析等实验手段研究了新型无机盐/陶瓷基复合蓄热材料的高温稳定性。结果表明,相变材料Na2SO4在1000℃高温下具有热力学稳定性,适合作为复合材料的相变介质;Na2SO4/SiO2复合蓄热材料具有良好的高温热稳定性,经100次热循环后,其热失重率低于1.26%、潜热值降低约6.19%、相变温度基本保持恒定,且熔化-凝固特性和热震稳定性良好。Na2SO4/SiO2复合材料适合作为工业炉高温蓄热器储能用蓄热材料。     

二元脂肪酸/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的制备及性能

采用真空浸渗法制备了癸酸-月桂酸（CA-LA）/硅藻土助滤剂定形相变储热复合材料,对样品进行扩散-渗出圈测试、FTIR、SEM、BET、DSC和TG等表征分析,研究了硅藻土助滤剂对CA-LA二元低共熔脂肪酸的定形性能和吸附容量及CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的热物性、热稳定性和蓄放热性能。结果表明：无渗出圈产生的CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料中,硅藻土助滤剂对CA-LA的吸附量约为49.88wt%,CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的相变温度和相变潜热分别为21.8℃和75.45 J/g;TG和热循环试验结果表明,CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料具有良好的热稳定性,经历100次热循环后相变温度和相变潜热的变化量较小;蓄放热性能测试结果证明CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料能够进行蓄热和释热,起到明显的调节和控制环境温度的作用,可应用在建筑节能和储热领域。     

高岭土基Al-Si合金复合相变蓄热材料的性能

以含Si量为12%的铝硅合金为相变材料、高岭土为基体复合制备相变蓄热材料,通过热分析(DSC-TG)、热循环、扫描电子显微镜(SEM)和导热分析(LFA),研究相变材料Al-Si合金的含量与复合相变材料的相变潜热及热稳定性之间关系。结果表明,在空气中,当Al-Si合金含量分别为50%、33%、25%、20%和17%时,经过5次、10次、15次、20次热循环后,复合相变材料的相变潜热逐渐减小,在15次热循环后相变潜热趋于稳定。此外,复合相变材料的微观形貌随热循环次数的增加趋于稳定,导热系数随加热温度的增加呈线性降低,且在600℃时,合金含量为25%和33%的复合相变材料的导热系数分别为6.51W/m·K和3.45w/m·K。综上所述,Al-Si合金含量为25%和33%的复合相变材料可在特殊行业得到良好的应用。     

脂肪酸相变材料导热系数测试及相变传热过程的数值模拟

相变材料在相变过程中由于材料本身状态的变化,其相变传热过程属于具有移动边界的非线性过程,针对相变材料相变传热过程中非线性传热特征,对月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料的热性能进行了研究,利用差示扫描量热法(Differential Scanning Cal-orimetry)对相变材料的相变潜热和相变温度进行了测试,利用DRE-2C导热系数测定仪测试了不同摩尔比例脂肪酸相变材料以及相变材料在不同测试温度下的导热系数,通过将无机多孔材料硅藻土和脂肪酸相变材料混合制备了一种无机复合相变材料,并对其导热系数和蓄放热性能进行了测试,利用有限元法对相变材料的相变过程进行了数值模拟。研究表明,脂肪酸相变材料的导热系数和其相变温度呈反比关系,相变材料的相变温度越高,其导热系数越低。对于同一相变材料来说,相变材料的导热系数随着材料温度的升高而升高,硅藻土的掺入明显增加了相变材料的导热系数,复合相变材料蓄放热速率加快,改善了相变材料的传热性能。有限元模拟分析法可以较好地描述相变材料的传热过程,相变材料的导热性能需要强化以提高其蓄放热的速率和频率。     

基于复合相变散热的锂离子电池热管理实验研究

以纳米氮化硼(BN)为填料,制备不同质量分数的石蜡基纳米复合材料,对其进行热物性表征,并将该材料用于锂离子电池的热管理。实验结果发现,BN与石蜡之间为物理复合作用;复合材料的熔点和相变潜热随着BN含量增加均有所降低,复合材料导热系数发生转折的点对应于熔点;由于BN在石蜡中发生沉降,导致其含量为1%时复合材料热导率最大,为0.3386W/m·K。将1%的复合材料应用于锂离子电池的热管理,发现在3C和5C倍率放电条件下,电池表面最高温度较纯石蜡分别降低1.43℃和3.39℃,具有3.5%和7.6%的降温效果;最大温差分别降低0.24℃和0.35℃,比纯石蜡降低20%以上,电池表面温度更趋于均匀。因此复合相变材料在电池热管理上具有较好的应用前景。     

成都地区相变墙体夏季工况的参数优化及效果分析

为了解相变墙体传热特点和评价相变材料在成都地区的使用效果,建立相变墙体传热数理模型并通过实验验证模型正确性。在此基础上分析了成都地区夏季工况下相变材料的相变温度、相变区间、相变潜热和导热系数对使用效果的影响,并对参数进行优化。结果表明:适合成都地区夏季墙体内表面的相变材料的相变温度为25～26℃,相变区间为2℃以内,相变潜热与使用效果呈线性关系,导热系数对使用效果影响不大。     

太阳能建筑用石蜡/CNTs相变乳液的制备及光-热性能研究

结合建筑结构在太阳能领域的蓄热控温特点,采用"两步法"制备出适用于太阳能蓄热的新型石蜡/CNTs相变乳液,通过纳米粒度电位仪和布鲁克旋转黏度仪分析了CNTs掺量对相变乳液技术性能的影响,确定最佳CNTs掺量;再采用差示扫描量热仪、导热系数测定仪、自制太阳光-热转换装置及紫外/可见/近红外分光光度计探究相变乳液的热物性能和光-热转换性能。结果表明,随着CNTs掺量的增大,相变液滴的粒径分布和运动黏度发生较为明显的变化,综合考虑相变乳液的稳定性及泵送性,推荐石蜡相变乳液中CNTs的最佳掺量控制为0.6%。由于石蜡具有较高的相变储热性能及CNTs具有较大的导热系数,掺加石蜡/CNTs能够显著增强相变乳液的导热性能和光-热转换能力,完全可用于建筑结构中以达到对太阳光辐射的蓄热与调温作用。     

月桂酸-硬脂酸/SiO2复合相变材料的实验研究

相变蓄热技术能够收集太阳能等低品位热源形成稳定的“能量池”,为建筑保温蓄热或末端能量利用提供稳定的热源。本文选取月桂酸和硬脂酸作为基本有机相变材料,采用步冷曲线法测量并绘制了两种材料的二元平衡相图,得到二者最小共熔点混合质量比例是月桂酸为70%,硬脂酸为30%,此时混酸的相变温度为31.2℃,相变潜热为264.3 kJ/kg;为增强相变材料的热稳定性和导热性能,预防或缓解在熔解-凝固热循环中出现的蠕流分层现象,以质量比为70%月桂酸和30%硬脂酸形成的混酸为基本材料,添加具有三维网络结构的SiO2硅溶胶进行复合材料的调制和测试,结果表明,当SiO2在复合材料中所占质量比例为35%时,混酸完全被四面体状的SiO2所包覆固定,形成稳固的相变主体。多次循环实验显示,复合相变材料的相变温度为30.8℃,相变潜热值为104.1 kJ/kg,虽然相变潜热值有所降低,但热稳定性大大增强。     

基于复合相变材料的梯级组合蓄热特性研究

针对潜热蓄热装置内部相变材料（PCM）导热系数偏小，蓄热速率过低的问题，对基于复合相变材料的两级串联式梯级蓄热装置的相变过程进行了数值研究。通过对不同热物性PCM工况的对比与分析，得到了装置在不同工况下的蓄热特性。结果表明，存在最佳的热扩散系数，使固定熔点的PCM实现“均匀等速相变”。同时，增大PCM的热扩散系数可以有效降低加热面温度，但随着热扩散系数的增大，加热面温度降低幅度减小。通过分析Stefan数，得到了装置最佳的参数，使工况蓄热效果最佳。最后，通过Stefan数为2.88时的实验工况验证了相关规律的正确性。