肉豆蔻酸-十四醇/二氧化硅复合相变材料的制备及性能研究

利用肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)复合制备出二元共熔混合物作为储能基元,以二氧化硅作为载体材料,采用溶胶-凝胶法制得MA-TD/SiO_2定形复合相变材料。在70℃温度条件下,采用扩散-渗透圈法确定MATD相变材料和正硅酸乙酯(TEOS)的最佳质量配比为1∶2。扫描电镜(SEM)观测发现复合相变材料外观近球形,储能基元被固定到SiO_2多孔网络中;DSC检测结果表明复合相变材料的相变起始温度为23.46℃,相变潜热为83.07kJ/kg;红外光谱(FT-IR)测试结果显示相变材料和SiO_2之间为物理复合,未出现新物质;300次0～60℃冷热循环后MA-TD/SiO_2复合相变材料的失重率仅为0.67%,具有良好的热稳定性。     

有机复合相变材料性能研究

为了获得适用于建筑领域的相变材料(PCM)和相变温度,以脂肪酸类十酸(CA)、十二酸(LA)、十四酸(MA)、十六酸(PA)、十八酸(SA)和脂肪醇类十二醇(DE)、十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备了一系列有机复合相变材料。采用步冷曲线法测量了PCM相变过程的相变特性。结果表明:酸-酸和酸-醇二元体系以及酸-酸-酸三元体系均存在共晶温度。LA与SA质量比为2∶1左右时,共晶温度为30.6℃;酸-酸-酸三元体系具有比二元体系略低的共晶温度;酸-醇二元体系则具有更低的共晶温度,LA与TD质量比为3∶4左右时,共晶温度为23.1℃;DE作为添加剂可降低CA的结晶温度,当添加DE的质量分数为5%左右时,结晶温度为28.3℃,适用于建筑领域。     

低温复合相变材料正辛酸-癸酸的制备及性能分析

将正辛酸(OA)与癸酸(CA)按比例混合制备二元复合相变材料OA-CA,用于相变温度2～8℃的医药冷藏运输系统中。首先通过理论计算预测了二元混合物的共晶点,确定它的共晶点比例、相变温度及潜热值,然后围绕共晶点比例配制6种不同比例的混合物。结果表明:OA-CA的过冷度为0.4℃、共晶点质量比为71∶29、相变温度为1.7℃、相变潜热为122.1J/g、热导率为0.3231W/(m·K)。对OA-CA低温复合相变材料进行100次循环蓄放冷实验,发现其相变温度、潜热值、热导率均未发生明显变化。     

癸酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

本文研制了一种用于相变温度在0~5℃的冷藏运输系统的二元有机复合相变蓄冷材料。该材料由癸酸和辛酸按比例混合经超声波振荡后制得,质量配比为30∶70。通过步冷曲线法测定了不同质量配比的癸酸-正辛酸溶液的相变温度,利用相图确定了二元低共熔共晶点,此时的质量配比为30∶70。经差示扫描量热仪(DSC)测得共晶溶液的相变温度为1.5℃,相变潜热为120.6 J/g。癸酸-正辛酸共晶混合物经过30次、60次结晶与熔化循环后,相变温度、相变潜热均未发生明显变化。测试结果表明,该相变蓄冷材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和良好的循环热稳定性,在蓄冷系统尤其是冷藏运输系统中有着很大的应用潜力。     

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。     

二元有机复合相变材料性能实验研究

分别以十四酸(MA)和十六醇(HD)以及聚乙二醇(PEG)和月桂酸(LA)为原料,采用熔融共混法制备了两种二元复合相变材料(PCM)。利用T-History法测定复合相变材料的相变潜热和导热系数。结果表明:MA-HD体系与PEF-LA体系均存在共晶点。重复循环结果表明,MA-HD共晶体系相变温度变化范围在0.4℃以内,热稳定性能良好;PEG-LA共晶体系在前50次循环内,相变温度降低,循环50次之后相变温度变化范围在0.2℃以内。     

三元脂肪酸共晶物/二氧化硅定形相变复合材料的制备及其热性能

首先以月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、硬脂酸(SA)为相变材料制备LA-MA-SA三元脂肪酸共晶物,然后以SiO_2充当支撑材料,采用溶胶-凝胶法制备LA-MA-SA/SiO_2三元定形相变复合材料。通过傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)以及差示扫描量热仪(DSC)等对其结构形貌与热性能进行测试表征。FTIR和SEM测试结果表明,LA-MA-SA三元脂肪酸共晶物在SiO_2的孔状网络结构中均匀分散,两者之间通过毛细管效应与表面张力相结合;DSC测试表明,脂肪酸共晶物在定形相变复合材料中的百分含量可高达62.44%,对应LA-MA-SA/SiO_2三元定形相变复合材料的熔融和结晶温度分别为31.4℃和26.1℃,热焓分别为109.7kJ/kg和108.4kJ/kg。制备的LA-MASA/SiO_2三元定形相变复合材料热稳定性较好,在经过50次热循环后也未发生渗漏,且蓄放热速率较LA-MA-SA共晶物分别提高了35%和32%。     

正癸酸/十八醇二元相变材料的热性能研究

有机固液相变材料在相态变化时能够释放或吸收大量的潜热,将其应用在建筑中能减少室内温度波动,提升室内热舒适性,降低建筑能耗。采用熔融共混法制备正癸酸(CA)/十八醇(OD)二元复合相变材料,通过理论预测法与步冷曲线法确定二元低共熔混合物最佳质量配比为m_CA∶m_OD=85∶15。通过差示扫描量热法、蓄放热实验、热重分析、傅里叶红外光谱仪对CA/OD的热性能、循环热稳定性、耐热性及结构特征进行了分析。CA/OD低共熔混合物的熔化和凝固温度分别为27.95和25.42℃,熔化和凝固潜热分别为154.2 J/g和157.0 J/g,在300次蓄放热循环过程中热性能变化小,热循环稳定性较好,蓄热控温性能良好。热重分析表明CA/OD二元低共熔混合物在125.7℃以下没有热失重现象,耐热性能好。傅里叶变换红外光谱证实CA与OD是通过物理作用相结合,二元低共熔混合物中没有新物质产生。综合结果表明,该CA/OD二元复合相变材料适合在室温附近24～30℃区间使用,基本满足人体舒适温度范围,在日常热环境下循环耐用性强,为建筑节能材料提供了新的选择。     

癸酸-肉豆蔻酸/硅藻土定形相变储能材料制备及性能研究

以癸酸(CA)与肉豆蔻酸(MA)复合制备的CA-MA二元低共熔脂肪酸为储能基元材料,硅藻土为储能载体,基于真空吸附法制备了CA-MA/硅藻土定形相变储能材料。采用FT-IR、SEM、DSC、TG对定形相变材料的结构、形貌和热性能等进行了分析。结果表明,CA-MA二元低共熔脂肪酸被吸附到硅藻土的孔道中,二者之间为物理结合。质量分数为45%CA-MA的定形相变材料,CA-MA在反复循环相变中未发生泄漏,其熔化、凝固相变温度分别为22.75、14.52℃,相变焓分别为67.03、66.85J/g,相变温度适中,相变焓高,热稳定性好,适用于建筑领域。     

有机改性蒙脱土基复合相变材料的制备及相变动力学分析

以癸酸(CA)、肉豆蔻酸(MA)、硬脂酸(SA)三元低共熔物为相变材料,有机改性蒙脱土(OMMT)为层状封装材料,采用熔融浸渗法制备 CA-MA-SA/OMMT 复合相变材料,相变材料和层状材料的最佳质量比 m(CA-MA-SA)∶m(OMMT)=7∶3。采用 X 射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变材料的结构、性能进行表征。结果表明：三元脂肪酸低共熔物被有效封装在改性后的蒙脱土层间,复合相变材料的相变温度为20.14℃,相变潜热为89.14 J·g-1。相变动力学分析结果,复合相变材料的相变反应级数为1.18,活化能为14.22 kJ·mol-1。活化能说明低共熔物与蒙脱土之间是嵌合关系,不是化学吸附。     

CA-SA/蒙脱土复合相变贮能材料的制备、结构与性能

用差式扫描量热(DSC)技术研究了癸酸(CA)和硬脂酸(SA)二元混合物的热性能,确定了CA-SA二元低共熔物的组成和相变温度;在此基础上,研究了CA-SA二元低共熔物与蒙脱土复合贮能材料的制备方法,并用XRD、IR、DSC等方法对复合材料的结构和性能进行了表征与测试.研究结果表明:CA-SA被有效地包封在蒙脱土层间,制得复合材料的相变温度为20.21℃,相变焓为120.43J/g.     

脂肪酸三元体系相变材料固-液相变动力学研究

为有效地控制脂肪酸贮能材料的相变过程,利用差示扫描量热法(DSC)研究了癸酸(CA)-肉豆蔻酸(MA)-硬脂酸(SA)、CA-MA-棕榈酸(PA)、CA-PA-SA三元低共熔物体系的热力学性能,确定最低共熔混合物的组成、相变温度和相变潜热。运用Kissinger动力学方法计算CP-MA-SA、CP-MA-PA、CP-PA-SA三元低共熔混合物固-液相变过程的相变活化能及反应级数。结果表明:活化能为257.46~353.40kJ/mol,反应级数为1左右,动力学参数为脂肪酸三元体系在民用建筑的应用提供了重要依据。     

石墨泡沫/共晶盐复合相变材料的制备及其热物性

为强化二元硝酸共晶盐(NaNO3/KNO3)的导热性能,在共晶盐中添加石墨泡沫制出石墨泡沫/共晶盐复合相变材料;对共晶盐和复合相变材料的相变特性进行差示热分析;对石墨泡沫的导热系数和复合相变材料的有效导热系数进行测定,并用拉曼光谱对复合相变材料进行稳定性分析。结果表明,石墨基复合材料可以用熔融浸渗法制备,且制备样品的稳定性能良好。复合相变材料的相变温度(221.3°C)与共晶盐(222.4°C)相似,其相变潜热与基于复合材料中共晶盐含量的潜热值相近(下降3.74%)。受石墨骨架高热导率的影响,复合相变材料的导热能力明显提高,与纯共晶盐比增加了102倍。     

沉积Ag纳米层改善定型相变复合纤维膜的传热性能

以癸酸(CA)、月桂酸(LA)和肉豆蔻酸(MA)为原料制备了新型的脂肪酸三元低共熔物(CA-LA-MA),并将其作为固-液相变材料,以沉积2 h银(Ag)纳米颗粒的静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜为支撑材料,通过物理吸附法制备了新型的CA-LA-MA/PAN和CA-LA-MA/PAN/Ag定型相变复合纤维膜。研究了磁控溅射Ag纳米层对定型相变复合纤维传热性能的影响。结果表明,沉积Ag纳米层后定型相变复合纤维膜的储热和放热时间分别缩短了31%和25%。制备的CA-LA-MA/PAN/Ag定型相变复合纤维膜的融化温度和结晶温度分别为19.87℃和11.63℃,融化焓值和结晶焓值分别为123.1 kJ/kg和121.5 kJ/kg。     

PET基定形相变复合纤维的制备

采用静电纺丝技术成功制备了以5种脂肪酸二元低共熔混合物(LA-MA、LA-SA、MA-PA、MA-SA、PA-SA)为固液相变材料,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为支撑材料的定形相变复合纤维。研究了不同种类的脂肪酸二元低共熔物对复合相变纤维的形貌结构、储热性能以及力学性能的影响。研究结果表明这5种定形相变复合纤维的表面均呈现褶皱的形貌特征,同时纤维直径也明显增大。热分析结果表明当改变纤维中脂肪酸二元低共熔物的种类时,复合相变纤维的熔化温度和熔化焓值均随之而变化,其中熔化温度最低为33.23℃,最高为52.82℃,熔化焓值最低为62.75kJ/kg,最高为94.76kJ/kg。力学性能测试结果表明,由于脂肪酸二元低熔物的加入复合相变纤维的拉伸强度减小,断裂伸长率增大。     

十二酸/十六酸/十四酸三元复合相变体系研究

采用步冷曲线法测定了不同比例的十二酸(LA)/十六酸(PA)二元体系的相变温度,绘制了该体系的T-X相图。在其最低共熔点处引入十四酸(MA)组成三元体系,测定了该三元体系不同组成的相变温度,绘制其T-X相图。采用差式扫描量热仪(DSC)和红外光谱(FT-IR)对三元体系中最低共熔物的热性能和稳定性能进行表征。结果表明:LA/PA质量比为76∶24时形成最低共熔物,其最低共熔温度为31.7℃,相变焓为272.9J/g;LA/PA/MA三元体系在质量比为60.8∶19.2∶20时能形成低共熔物,其低共熔温度为26.9℃,相变焓为264.2J/g,连续相变过程无分层现象,300次热循环后热稳定性好。     

水溶液法制备硝酸盐/膨胀石墨粉复合相变材料的实验研究

在制备(KNO3-LiNO3-Ca(NO3)2)/膨胀石墨粉(Expanded graphite,EG)复合相变材料过程中,硝酸共晶盐与EG的混匀程度直接影响着复合相变材料的蓄放热性能。KNO3、LiNO3、Ca(NO3)2按一定比例熔融混合制备得到共晶盐,然后再加入不同质量的水使共晶盐溶解,最后再将设定质量比的EG加入并搅拌混匀,加热将水分蒸发完全后得到复合相变材料。利用电子扫描显微镜(SEM)观察EG的微观形貌,用综合热分析仪(DSC Q600)测定所制备的复合相变材料的相变潜热值并用导热仪测量其导热系数。实验结果表明,对于EG质量分数为5%的复合相变材料,当溶解水量大于200g时,热物性较为理想。另外,EG含量越多,复合相变材料的导热系数越大。     

膨润土基复合相变材料的制备及其性能研究

采用熔融插层法制备了膨润土基复合相变材料,得到十四酸(MA)和十六醇(HD)二元低共熔混合相变材料(PCM)与改性膨润土最佳的质量复合比。在60℃高温下,利用扩散-渗出圈法检测,未发现PCM渗漏现象。利用X射线衍射、扫描电镜和红外光谱表征了膨润土、有机改性膨润土和膨润土基复合相变材料。结果表明:经过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性,膨润土层间距由1.511nm扩大到1.680nm;PCM进入有机改性膨土层间,复合效果良好,未发生化学反应;经200次热循环实验,热稳定性能良好。     

肉豆蔻酸-硬脂酸/改性粉煤灰复合相变储能材料的制备及性能研究

以肉豆蔻酸(MA)和硬脂酸(SA)的二元低共熔混合物为相变储能基材、改性粉煤灰为复合基底,采用熔融混合法制备了MA-SA/改性粉煤灰的复合相变储能材料(CPCM)。利用TG/DTA与FT-IR分析研究了CPCM的热性能与结构。结果表明,MA-SA低共熔物可均匀的嵌入改性粉煤灰的多孔结构中。经过800次的吸放热循环后,CPCM的相变温度和相变焓变化都不大,表现出较好的储热稳定性,有望在储能方面得到实际的应用。     

脂肪酸/SiO_2复合相变材料的制备和性能

以癸酸(CA)、月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)和棕榈酸(PA)为相变材料并根据理论公式估算低共熔脂肪酸的组成配比和理论热性能,制备了4组三元低共熔脂肪酸。针对适用于夏炎热地区建筑领域的相变储能材料,选取月桂酸-肉豆蔻酸-棕榈酸(LA-MA-PA)为相变芯材,用溶胶-凝胶法制备了LA-MA-PA/SiO_2复合相变材料,并测试了这种复合相变材料的结构和性能。结果表明:LA-MA-PA具有良好的热稳定性和结构稳定性,可均匀地嵌入到SiO_2多孔网络结构中,且相变芯材与载体复合后无新物质生成。LA-MA-PA/SiO_2球体颗粒光滑饱满,分散性良好其粒径约为3μm,经历100次热循环后脂肪酸没有明显的渗漏。这种复合相变材料的相变温度和潜热分别为29.6℃和91.1 J/g,具有良好的热稳定性。