硬脂酸-十八醇二元复合相变材料性能研究

以硬脂酸(S18)和十八醇(C18)为原料,通过熔融共混法制备二元复合相变材料(PCMs)。复合后的相变材料克服十八醇二次相变的缺点,获得合适的相变温度。采用步冷曲线法测定不同配比下二元相变材料的结晶温度,共晶混合物的相变温度为51.6℃。T-History法和差示扫描量热仪(DSC)测试结果表明,复合相变材料的相变热约为210 J/g。利用红外光谱(FT-IR)表征复配后材料结构,表明硬脂酸和十八醇是通过分子力结合。35～90℃冷热循环(800次)测试表明,复合材料未出现分层现象,相变热几乎无变化,相变温度变化区间不高于0.6℃,且400次热循环后相变温度不再变化,热稳定性能良好。     

纳米Fe2O3/硬脂酸/十八醇纳米复合相变蓄热材料的性能研究

针对有机相变材料热导率低的问题,将高热导率的纳米Fe₂O₃添加到硬脂酸/十八醇二元有机复合蓄热相变材料中,制备纳米复合蓄热相变材料。从分散剂的种类、分散剂与纳米材料的添加量以及超声时间4个方面研究其对纳米复合相变蓄热材料的稳定性及热物性的影响。结果表明,阴离子表面活性剂的分散效果优于阳离子和非离子表面活性剂。复合相变材料中添加质量分数为0.8%,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和质量分数为0.4%Fe₂O₃的体系,超声时间为80 min时,纳米Fe₂O₃在相变材料中的分散效果最好。添加纳米Fe₂O₃后复合蓄热相变材料的相变潜热及相变温度有所下降,热导率提高34.9%。300次热循环复合相变材料的相变温度波动区间不超过0.41℃,相变潜热波动区间不超过4.0%,热稳定性良好。     

月桂酸-肉豆蔻酸/膨胀石墨封装复合相变储能材料的制备及表征

以月桂酸-肉豆蔻酸(LA-MA)低共熔酸为芯材,膨胀石墨(EG)为担载材料,利用熔融吸附法制备LA-MA/EG复合相变材料。采用有机无机复合硅溶胶对其包封定形,得到LA-MA/EG封装复合相变材料用来改善相变过程中液态脂肪酸的渗漏问题,并通过SEM、FT-IR和DSC对该封装复合相变材料的结构和性能进行表征。结果表明:LA-MA/EG封装复合相变材料的潜热和相变温度为119.5 J/g和31.2℃;封装材料并未引起新生成物的出现,且可明显抑制脂肪酸的渗漏现象;加速热循环后的封装复合相变材料仍可保持良好的储能性质。     

膨胀石墨/多壁碳纳米管基共晶盐复合相变材料的制备及热特性北大核心CSCD

单一水合盐作为相变蓄热材料使用时常常由于过冷、相分离、易泄漏以及其相变温度而受到限制,因此迫切需要制备出一种储热密度高、相变温度适宜、热导率大的复合相变材料。本工作采用熔融共混法在NH_(4)Al(SO_(4))_(2)·12H_(2)O(AASD)中掺入不同质量分数的MgSO_(4)·7H_(2)O(MSH),成功制备了AASD-MSH共晶盐相变材料,其质量比为55∶45,相变温度为76.4℃,相变潜热为189.4 J/g。共晶盐的X射线衍射图谱和傅里叶红外光谱表明其为物理混合。引入质量分数1%成核剂CaCl_(2)·2H_(2)O及1%增稠剂可溶性淀粉降低共晶盐过冷度,过冷度从34.9℃降低至28.0℃。引入改性膨胀石墨(MEG)与多壁碳纳米管(MWCNTs)制备复合相变材料,改善共晶盐易泄漏及热导率低等问题,当MWCNTs质量分数为0.5%时,复合相变材料的热导率高达8.185 W/(m·K),为共晶盐的19.98倍,其中共晶盐占比为75.6%,相变温度为74.3℃,相变焓值为133.5 J/g,过冷度进一步降低至22.2℃。热重实验表明与MEG-MWCNTs的复合增加了共晶盐的热稳定性,且经过100次冷热循环后复合相变材料的相变焓值基本不变,具有良好的循环稳定性。本工作制备得到的AASD-MSH/MEG-MWCNTs复合相变材料是一种相变温度适合、相变焓值较高、热导率较大的相变材料,且具有良好的热循环稳定性,应用潜力极大。     

硬脂酸正丁酯/聚苯乙烯定形相变材料实验

采用真空吸附法制备了硬脂酸正丁酯/聚苯乙烯定形相变材料,利用差示扫描量热仪研究了定形相变材料的热性能,真空吸附的定形相变材料的熔解温度为16.8℃,凝固温度为20.6℃,潜热值分别为72.3J/g和72.9J/g;1000次循环的DSC测试表明定形相变材料具有良好的稳定性;红外光谱扫描结果说明两种材料的融合没有结构的变化。结果表明,真空吸附的硬脂酸正丁酯/聚苯乙烯定形相变储热材料的相变温度合适、相变潜热大、热稳定性好,适合用作温室低温相变储热材料。     

Thermal properties of a modified MOF-stearic acid composite phase change materials

以ZIF-67作为金属有机框架（MOF）,通过原位沉淀法生长在膨胀石墨片上对膨胀石墨进行改性,经过煅烧后形成Co₃O₄/EG分级多孔混合结构。为了优化硬脂酸的充放热性能,将Co₃O₄/EG与硬脂酸通过熔融共混和真空吸附法复合,制备出具有优异充放热性能的SA/Co₃O₄/EG复合相变材料。表征SA/Co₃O₄/EG复合相变材料的微结构、物相、相变焓值、相变温度和充放热时间等热物理性能,分析添加物Co₃O₄/EG的微结构对硬脂酸相变储热材料微结构和热性能产生的影响。添加物Co₃O₄/EG对SA/Co₃O₄/EG复合相变材料的相变温度影响较小,相变温度与Co₃O₄/EG添加量没有依赖关系。而复合储热材料的相变潜热随Co₃O₄/EG量的增加而减少,但与理论计算相差较少。Co₃O₄/EG分级多孔结构可以阻止Co₃O₄的团聚并提供高比表面积和孔体积吸附硬脂酸,多孔隙结构Co₃O₄和高热导率膨胀石墨（EG）的协同作用可以增加硬脂酸相变储热材料的热传递,缩短充放热时间,提高充放热效率。     

脂肪酸类二元储能材料的相变特性与配比调节北大核心CSCD

针对单一脂肪酸相变温度固定,与实际需求匹配性差的问题,提出以癸酸(CA)、月桂酸(LA)、十四酸(MA)、软脂酸(PA)和硬脂酸(SA)五种常见的脂肪酸作为相变材料,将其两两复合,利用低共融理论计算10种二元复合体系的最低共融点和理论质量配比,通过熔融共混法制备二元低共融复合体系并在其低共熔点上下3%~6%调节质量配比,借助DSC测试二元低共融复合体系的相变特性。结果表明,二元低共融体系的理论相变温度范围为21.58~53.90℃,理论相变潜热范围为157.64~191.85 J/g,与五种单一脂肪酸的热性能相比,相变温度降低了约10~15℃,相变潜热值无明显变化;制备的10种二元低共融体系的相变温度范围为19.94~56.49℃,与理论相变温度偏差为1.93%~14.72%;相变潜热为125.78~181.45 J/g,与理论相变潜热偏差为0.18%~19.86%;其中CA二元体系的理论相变温度范围为21.58~30.11℃,适用于建筑节能领域;LA二元体系的理论相变温度范围为35.87~41.15℃,适用于电子器件热管理或调温纺织品领域;MA和PA二元体系的理论相变温度范围为46.05~53.9℃,适用于大体积混凝土温控领域;在低共熔点附近调节配比发现最佳配比与理论计算的低共熔配比偏差在4%以内,验证理论计算的准确性和可行性。本研究结果可为脂肪酸类二元复合相变材料的具体使用范围提供技术参考。     

芒硝/蛭石复合材料蓄冷-释冷性能研究

采用真空浸渍法制备了芒硝/膨胀蛭石（EV）复合蓄冷材料（CPCM），其中9wt%的氯化铵为相变温度调节剂，3wt%的硼砂(Borax)为成核剂；经筛选得到，EV与相变材料的最大负载质量比为1：6。制备的CPCM相变温度为16.2℃，潜冷蓄冷量为105.98kJ/kg，因为EV载体材料提高了比热容，使总蓄冷量达到120.68kJ/kg。芒硝基相变材料(PCM)与CPCM因EV的负载导热系数有所提升，并有效改善了无机盐类相变材料所产生的相分离问题。搭建循环测试装置，确定了CPCM的最优工况，并对CPCM进行100次融化-凝固循环，循环后对CPCM片层进行了SEM测试。结果表明，CPCM热性能稳定，片层无明显破裂，无相分离发生。复合相变蓄冷材料在24℃进口温度时释冷效果明显。故所制备的复合蓄冷材料CPCM适用于空调冷能储存，提高用冷经济性。     

石蜡基碳纳米管复合相变材料的热物性研究

以多壁碳纳米管为填料,制备了不同质量分数(1%～5%)的石蜡基纳米复合相变材料。采用差示扫描量热技术对所制备复合相变材料的相变特性进行了表征,其导热性能则通过瞬态热线法导热仪进行了测量。实验结果发现,虽然复合相变材料的相变温度几乎不变,但其相变焓则随碳纳米管的加载量的增加而近似线性下降。在质量分数为5%时,相变焓较纯石蜡下降了约15%。复合相变材料的导热系数大致随温度的升高而降低,而在30和50℃时分别由于固固和固液相变的作用,导热系数测量值出现了较大程度的突增。此外,导热系数随质量分数呈线性增长的趋势,在质量分数为5%时,最大的相对提升率接近40%,展现了良好的导热强化效果。     

石蜡/SEBS复合相变材料热疗鼻贴的研究

以热塑性弹性体(SEBS)为基体,以四种不同石蜡(OP44E、Paraffin46-48、OP50E、OP55E)作为相变材料,通过物理吸附和平板硫化法制备得到了具有不同相变温度的石蜡/SEBS复合相变材料热疗鼻贴.测量了复合相变材料的硬度、相变温度和相变潜热以及热疗鼻贴的控温效果.结果表明:四种石蜡/SEBS复合相变...     

应用石蜡/GO复合相变材料的太阳能PV/T系统性能

为了提高太阳能PV/T系统能效,采用超声搅拌法制备了GO(氧化石墨烯)质量分数为0.01%、0.02%和0.03%的石蜡/GO复合相变材料,并对其潜热、导热性和流动性进行测试分析。其中,GO质量分数为0.02%的复合相变材料相比于制备的其他复合相变材料具有最佳的综合性能,其相变温度为35℃,相变潜热为42.93 J/g,热导率最高为0.505 W/(m·K),黏温拟合程度为0.91。为了分析石蜡/GO复合相变材料对太阳能PV/T系统热电性能的影响,搭建了两套完全相同的平板热管式太阳能PV/T系统,并将GO质量分数为0.02%的石蜡/GO复合相变材料和水作为两系统的传热介质运行。采用热效率和电效率对太阳能PV/T系统的热电性能进行表征。研究结果表明,在相同工况下,运行(石蜡质量分数为30%以及GO质量分数为0.02%)石蜡/GO复合相变材料的平板热管式太阳能PV/T系统的热电性能均比运行水的系统性能有所提升,其中系统热效率提高92.28%,电效率提高8.87%,换热水箱集热量提高15.80%。该研究为复合相变材料(流体)在太阳能储存领域的应用提供了借鉴。     

月桂酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性

为了获得适合在建筑领域应用的相变材料和相变温度,以月桂酸(LA)和十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备一系列二元酸-醇相变材料。采用步冷曲线法测定不同组分二元相变材料的结晶温度,通过绘制的相图确定二元体系低共晶点,LA-TD二元体系在23.1℃达到共晶点;采用红外光谱(FTIR)表征复合相变材料的结构,表明复合相变材料中LA与TD通过分子间作用力结合在一起;采用DSC差示扫描量热法测量LA-TD混合物的相变温度及相变潜热,低共晶物的相变起始温度为24.46℃,相变潜热达到150.45 J/g,经300次0~60℃冷热循环后热稳定性良好。     

Preparation and characterization of building mortar with lauric acid-stearic acid/expanded vermiculite composite phase change material

以改性膨胀蛭石为吸附材料,以月桂酸和硬脂酸为相变材料,通过熔融共混法与真空吸附法制备定型复合相变材料,然后将其掺入砂浆中制备得到蓄热砂浆。结果表明：复合相变材料经过1000次循环后相变焓为167.6 kJ/kg,变化率仅为3.6%,热稳定性良好,无渗漏现象,掺入30%体积含量复合相变材料的砂浆28 d强度为9.2 MPa。掺有该定型相变材料的蓄热砂浆具有优异的热力学性能,完全可以应用于建筑物围护结构来调节室内温度。     

碱催化制备乙酰胺/SiO2复合相变储能材料

以氨水为催化剂,乙酰胺作相变材料,采用溶胶-凝胶法制备出有机-无机复合相变蓄热材料。通过改变醇盐-醇-水体系配比及相变材料的加入量来控制蓄热能力和相变温度。采用差示扫描量热仪(DSC)和扫描电镜(SEM)进行表征。结果表明:含相变材料35.8%的复合材料的相变温度为32.0℃,相变潜热高达176.4kJ/kg,经过1500次循环后其相变温度和潜热变化不大。氨水和相变材料对复合材料性能的影响显著:随着氨浓度的增加,复合材料粒径增大;相变材料增多,复合材料储热能力提高,材料致密度增加。     

癸酸-棕榈酸二元复合相变材料的相变特性研究

通过熔融共混法制备一系列二元脂肪酸复合相变材料,并利用步冷曲线法确定癸酸-棕榈酸(CA-PA)二元复合相变材料的最佳质量配比为86∶14,其共晶温度为22.1℃。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、冷热加速循环实验和瞬态平面热源法(TPS)等研究CA-PA复合相变材料的结构与性能,发现CA-PA的FT-IR曲线上同时存在CA和PA的特征吸收峰,表明CA与PA是通过分子力作用在一起的。然后对CA-PA进行400次5~80℃冷热加速循环后,发现其相变温度变化不大于0.5℃,可见CA-PA热稳定性良好,且导热系数为0.151 W/(m·K)。同时,根据差示扫描量热仪(DSC)分析得到CA-PA的相变温度和相变潜热分别为21.78℃和154.7 J/g,这与通过步冷曲线得到的共晶温度十分符合,因此该CA-PA复合相变材料适用于建筑节能和热回收领域。     

Properties of stearic acid/modified carbon nanotube composite phase change materials

使用混酸氧化和球磨处理制备改性碳纳米管，并与硬脂酸复合制备相变储热材料。X射线衍射结果显示，球磨处理对碳纳米管的结构有一定影响，混酸氧化后的碳纳米管物相没有发生改变。红外光谱分析表明，球磨处理和混酸氧化对碳纳米管有纯化作用，酸化碳纳米管出现羟基、羰基等官能团，有助于碳纳米管的分散。扫描电镜照片显示，改性碳纳米管在硬脂酸中的分散性为酸化碳纳米管 > 球磨碳纳米管 > 碳纳米管，热导率测试结果也与此符合，说明碳纳米管分散性增加，对硬脂酸热导率有较大的提高。     

肉豆蔻酸/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

以肉豆蔻酸(MA)为相变材料,膨胀石墨(EG)为基体,通过膨胀石墨对肉豆蔻酸的吸附作用制备一系列肉豆蔻酸/膨胀石墨(MA/EG)复合相变材料,发现肉豆蔻酸与膨胀石墨的最佳质量比为15∶1。通过SEM、DSC和蓄/放热实验对复合相变材料的微观结构和热性能进行分析表征。研究结果表明,MA均匀分布于EG的网状多孔结构中。MA/EG复合相变材料的相变温度和相变潜热分别为53.19℃和191.75 J/g,且与MA相比变化不大。蓄/放热实验结果表明,MA/EG单元蓄热时间比MA单元缩短了32.25%,放热时间比MA单元缩短了49.07%,MA/EG相变单元的蓄/放热速率较MA有很大提高。     

硬脂酸和硬脂酸/MXene复合相变材料的结晶动力学北大核心CSCD

限域空间内物质呈现出异于开放空间的物理化学性质和结晶行为。为探索限域效应对受限相变物质结晶行为的影响,以硬脂酸为相变储热介质、MXene为限域载体,采用水热法制备了硬脂酸/MXene复合相变材料。借助差示扫描量热仪和偏光显微镜分析了硬脂酸及其复合相变材料的结晶行为,通过Avrami、Jeziorny、Mo和Kissinger模型研究了结晶动力学,探讨了二维限域载体MXene对受限硬脂酸结晶行为的影响。结果表明:等温结晶过程中,硬脂酸和硬脂酸/MXene表现出相反的温度依赖性结晶行为,硬脂酸在低温下的结晶速率较大,而硬脂酸/MXene则在较高温下表现出小的半结晶时间和快的结晶速率。非等温结晶过程中,MXene对硬脂酸的结晶行为存在异相促进成核和限域效应抑制晶体生长的双重作用。在较低的冷却速率下,MXene的异相成核作用明显,而在较高的冷却速率下,限域效应则成为主导因素。限域载体的引入增加了硬脂酸的结晶能垒,硬脂酸和硬脂酸/MXene非等温结晶过程的活化能分别为174 kJ/mol和208 kJ/mol。本文探索了受限空间内相变物质的结晶动力学,为复合相变材料的设计及性能优化提供了理论依据。     

剥离膨胀石墨/熔融盐材料的制备及其性能研究

采用水溶液法配以超声波剥离和分散手段,使用二元硝酸熔融盐Na NO3-KNO3和膨胀石墨(EG)制备出剥离膨胀石墨/熔融盐复合相变储能材料。通过扫描电镜(SEM)、能量色散谱仪(EDX)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、导热性能、差示扫描量热(DSC)等表征和测试手段,研究添加不同质量分率的EG对复合相变储能材料热物理性能的影响。结果表明:利用超声波处理使EG得以剥离成石墨片并均匀分散在二元硝酸熔盐中,制得的复合相变储能材料微观结构均一,导热性能大大改善,其导热系数高达4.884 W/(m·K),相变潜热随EG质量分数的增大而逐渐降低,但变化不大,相变峰值温度约224℃。该制备工艺简单,制备出的复合材料在中温储热领域具有良好的应用前景。     

二元有机复合相变材料相变过程热特性实验研究

二元有机复合相变材料因其无腐蚀性、过冷度低、价格低廉和可循环性的优点,在电子器件散热过程中极具发展潜力。通过差示扫描量热法(DSC)测得 4 种脂肪酸和 4 种脂肪醇相变温度与潜热,然后利用准共晶相变理论计算脂肪酸/醇二元有机复合相变材料共晶点,确定 4 种相变温度在 33～37 ℃ 范围内的复合体系,并通过 DSC 实验测量二元体系相变特性。实验结果表明,筛选出的二元有机复合相变材料相变温度分布在 33.08～36.63 ℃,与理论相变温度偏差在0.30%～4.61%;相变潜热分布在 138.5～215 kJ·kg^-1,与理论相变潜热偏差在 0.4%～27%;十二酸与十八醇复合相变材料具有最高的相变潜热(215 kJ·kg^-1),相变温度为 36.5 ℃。研究结果可为有机复合相变材料在电子器件热管理中的应用提供技术参考。