高导热膨胀石墨/棕榈酸定形复合相变材料的制备及储热性能研究

采用棕榈酸(palmitic acid, PA)作为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite, EG)作为添加基质,通过“熔融共混-凝固定形”工艺制备了PA/EG定形复合相变材料以提高相变材料的综合性能。预测并制备了21种不同配比的定形复合相变材料,对其形貌结构和孔隙率进行了微观表征与理论分析,并在此基础上对样品进行了传热性能分析、热物性测试、热稳定性研究和储热性能分析。SEM形貌分析显示所使用工艺可使棕榈酸能较好地被吸附于膨胀石墨的孔隙结构并使之均匀分布;DSC测试结果表明定形复合相变材料[70%(质量) PA]的焓值为193.01 J/g,纯PA的焓值为275.35 J/g,对应于熔点分别为61.08℃和59.53℃。EG的添加,可有效提高相变材料的热导率。当样品密度为900 kg/m³,EG含量为30%(质量)时,定形复合相变材料的热导率为14.09 W/(m·K),相比于纯PA[0.162 W/(m·K)]提高约87倍;对制备的样品进行50次循环稳定性实验,EG含量为24%(质量)和30%(质量)的样品形态均未出现明显变化,表现出良好的充放热循环稳定性。     

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。     

癸醇-棕榈酸/膨胀石墨低温复合相变材料的制备与性能

为了寻求温度段在2～3℃的低温相变材料,采用低共熔法,以理论计算为基础制备了癸醇-棕榈酸(DA-PA)二元复合相变材料。为提高其热导率,利用膨胀石墨(EG)的多孔特性,制备了最佳质量比为15∶1的DA-PA/EG复合相变材料。通过DSC、步冷曲线、红外光谱测试、SEM、Hot Disk热常数分析、高低温循环实验对复合相变材料的结构和性能进行了研究。实验结果表明,当DA-PA质量比为97.8∶2.2时的低共熔温度为2.9℃,相变潜热为203.6 J·g-1。真空吸附后DA-PA被均匀地包裹在EG的多孔网状结构中,DA-PA/EG的相变温度为2.7℃,相变潜热为193.9 J·g-1,热导率为1.416 W·(m·K)-1,相比DA-PA提高了4.3倍。经过100次高低温循环后,DA-PA/EG仍保持良好的稳定性,在冷链物流中有较大的应用价值。     

癸醇-棕榈酸/膨胀石墨低温复合相变材料的制备与性能

为了寻求温度段在2~3℃的低温相变材料,采用低共熔法,以理论计算为基础制备了癸醇-棕榈酸（DA-PA）二元复合相变材料。为提高其热导率,利用膨胀石墨（EG）的多孔特性,制备了最佳质量比为15∶1的DA-PA/EG复合相变材料。通过DSC、步冷曲线、红外光谱测试、SEM、Hot Disk热常数分析、高低温循环实验对复合相变材料的结构和性能进行了研究。实验结果表明,当DA-PA质量比为97.8∶2.2时的低共熔温度为2.9℃,相变潜热为203.6 J·g^-1。真空吸附后DA-PA被均匀地包裹在EG的多孔网状结构中,DA-PA/EG的相变温度为2.7℃,相变潜热为193.9 J·g^-1,热导率为1.416 W·（m·K）^-1,相比DA-PA提高了4.3倍。经过100次高低温循环后,DA-PA/EG仍保持良好的稳定性,在冷链物流中有较大的应用价值。     

硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料制备及性能研究

采用“溶胶-凝胶”工艺制备出具有不同硬脂酸质量分数的硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料,运用SEM、XRD和DSC等手段对复合相变储热材料的结构与性能进行了表征和测试。复合相变储热材料是硬脂酸嵌入到二氧化硅三维纳米网孔中形成的,其相变温度和相变潜热均随硬脂酸质量分数的增加而增大,且相变温度低于纯硬脂酸,相变潜热与对应质量分数下的硬脂酸相当。实验结果表明,硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料具有储热密度大、性能稳定以及导热系数较高等优点。     

棕榈酸/二氧化硅相变微胶囊材料的制备及性能研究

采用化学沉淀法合成以棕榈酸为芯材,二氧化硅为壁材的相变微胶囊材料,研究盐酸浓度对棕榈酸/二氧化硅相变微胶囊性能的影响.通过红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示量热(DSC)等手段对合成的相变微胶囊的微观形貌和相变性能进行分析表征.结果表明:棕榈酸被成功的包覆到了二氧化硅壳材中;盐酸浓度...     

癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料的制备及性能

通过物理吸附法将癸酸-石蜡（CA-PC）二元低共熔混合物与膨胀石墨（EG）复合形成癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料,实验结果显示,CA与PC、CA-PC与EG的最佳质量配比分别为8.1∶1.9和7∶1。利用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析了定形相变材料的微观形貌和结构特点,发现CA-PC/EG的FTIR曲线上同时存在二元低共熔混合物和膨胀石墨的特征吸收峰,表明二元低共熔混合物与膨胀石墨之间没有发生化学反应,二者依靠表面张力和毛细力作用在一起,并且CA-PC二元低共熔混合物依靠物理作用被有效包封于EG的孔隙中,经过1000次加速冷热循环后,基本没有液态二元复合相变材料泄漏。通过差示扫描量热仪（DSC）得到CA-PC/EG的熔化温度和凝固温度分别为27.04℃和22.26℃,熔化潜热和凝固潜热分别为144.4J/g和133.7J/g,且EG的高导热性促进了CA-PC的蓄放热速率。同时,根据热重分析（TG）与蓄放热实验结果发现其拥有优良的热可靠性和耐热性能。因此,该CA-PC/EG定形相变材料是一种良好的低温储能材料。     

石蜡/膨胀石墨定形相变材料的性能

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构,通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块。采用差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk 热常数分析仪等对复合相变材料进行了结构和性能的表征与测量,建立了冷/热循环实验系统以分析材料的蓄/放热性能等。结果表明:石蜡质量分数为80%的定形相变材料相变温度为27.27℃,相变焓为156.6 kJ·kg^-1。制备的定形相变材料具有相变过程形状稳定、热导率高、储热密度大等特点,并具有良好的稳定性和较长的使用寿命。     

二维手风琴状棕榈酸/MXene复合相变材料的制备及性能

以二维过渡金属碳化物、氮化物和/或碳氮化物（MXene）为支撑骨架,以棕榈酸（PA）为相变材料,通过熔融共混法制备MXene复合材料（PA/MXene）,并对不同Mxene质量分数的PA/MXene进行了结构表征和热性能分析。结果表明,与纯PA相比,MXene质量分数为20%的PA/MXene（记为PA/MXene-20%）吸光范围从200.0～263.2 nm拓展到200.0～679.3 nm,热分解温度提高了13%,导热能力可增加200.0%,光热转换效率达到84.5%,可实现太阳能光热转换、热能储存的一体化应用。     

膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变材料储热的性能

以三水乙酸钠（SAT）为基材,添加具有多孔网状结构的膨胀石墨（EG）制备复合相变材料。使用扫描电子显微镜、温度数据采集仪、差示扫描量热仪、Hot Disk热常数分析仪等对材料进行结构观察及相关热物性测试,研究膨胀石墨对三水乙酸钠的热物性影响。结果表明,膨胀石墨不能减小三水乙酸钠的过冷度,但可大幅提高材料热导率,对材料潜热值、相变温度影响较小,能减轻三水乙酸钠的相分离现象且能提高其循环稳定性。对于基材为三水乙酸钠的相变材料,膨胀石墨添加量为7%时,复合材料吸附情况最好。当复合材料配比为7% EG+1%十二水磷酸氢二钠+SAT时,相比于纯SAT相变材料,过冷度减小约49℃,热导率提高将近1倍,相变潜热影响幅度3.14%,相变温度基本不变;50次循环后,相变潜热影响幅度保持在1.4%以内,循环稳定性较好,具有较好的应用前景。     

月桂酸-膨胀石墨复合相变储热材料的性能研究

以月桂酸为相变材料,膨胀石墨为支撑结构,利用微孔吸附法制备了月桂酸/膨胀石墨复合相变储热材料。采用扫描电镜分析(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和差示扫描量热分析(DSC),对复合相变储热材料的结构与性能进行了表征。结果表明,月桂酸被吸附到膨胀石墨的微孔中,但对膨胀石墨的多孔结构及层间距影响不大。同时,月桂酸/膨胀石墨复合材料的相变温度与月桂酸一致,其焓值与复合相变材料中月桂酸的百分含量与纯月桂酸焓值的乘积相当。     

中高温复合相变储热材料的制备及性能研究

采用直接混合-压制-烧结工艺,制备了以碳酸钠-碳酸钾、碳酸钠-氯化钠、碳酸钠-氯化钠-氯化钾为相变材料的中高温复合相变储热材料。采用差式扫描量热法(DSC)、重量法和热循环法对中高温复合相变储热材料的相变峰值温度、相变潜热、热稳定性等性能做了表征。实验结果表明,以碳酸钠-氯化钠-氯化钾三元熔盐作为相变材料制备中高温复合相变储热材料,相变峰值温度为567℃,相变潜热高,是碳酸钠-碳酸钾二元熔盐的2.7倍,在750℃以下有较好的热稳定性,且具有较好常温力学性能。     

聚乙二醇/SiO2定形相变材料在沥青中的相变储热性能

利用多孔二氧化硅的良好吸附性,将不同计量的聚乙二醇在硅溶胶胶凝过程中吸附于硅凝胶的孔隙结构中制备聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料（PEG/SiO₂ SSPCM）;并将其与熔融沥青共混获得不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料（Asphalt-SSPCM）。借助孔径分析仪和扫描电镜（SEM）表征了载体二氧化硅孔结构和PEG/SiO₂ SSPCM的表观形貌;通过X射线衍射仪（XRD）、综合热分析仪（DSC/TG）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）考察了沥青中PEG/SiO₂ SSPCM的晶体结构、储热性能、热稳定性及化学兼容性;通过本文作者课题组研发的温度模拟试验箱测试了Asphalt-SSPCM的降温效果。结果表明,二氧化硅凝胶具有丰富的孔结构并能将聚乙二醇吸附于其介孔结构中;沥青中PEG/SiO₂ SSPCM仍含有聚乙二醇晶体,其储热能力随聚乙二醇含量的增加而增大,当聚乙二醇含量为76.1%时,相变焓高达117.5J/g,且不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料均表现出良好的热稳定性;PEG/SiO₂ SSPCM与沥青的化学兼容性良好,二者之间仅是物理作用;Asphalt-SSPCM的降温效果显著,可有效改善沥青路面的高温性能;并基于相变理论,分析了沥青-定形相变材料的相变储热原理。     

膨胀石墨/有机质复合相变材料的制备及性能

以膨胀石墨为支撑材料,石蜡、十六酸和硬脂酸为相变主材,采用熔融共混法制备复合相变材料,并对材料的热-电性能进行测试分析。结果表明,在3种有机质中分别添加7%、9%和11%的膨胀石墨,并在4MPa下压制成型,分别在65℃、70℃和75℃的烘箱中充热30min,有机质均未出现泄漏;相比3种纯有机质,复合相变材料的充热时间分别缩短32s、622s和231s,其放热时间分别缩短1040s、1327s和1311s。充热时复合材料的升温速率比固态下的纯有机质快,放热时复合材料全过程都比纯有机质降温速率快;经过60次热循环之后质量损失率均小于0.05%;成型后的复合材料充热时,温度场分布均比纯有机质均匀,放热时温度场分布基本一致,但成型对复合材料的温升有所抑制;复合材料的热导率分别比对应的有机质提高10.12～11.19倍、9.00～15.50倍和5.58～6.76倍;在2～8MPa时,复合材料的电阻率分别在0.092～0.150Ω·cm、0.058～0.146Ω·cm和0.020～0.041 Ω·cm之间,均小于1Ω·cm,说明制备的复合相变材料具有良好的热-电性能。     

棕榈酸/二氧化硅相变微胶囊的制备及性能研究

采用乳液模板自组装法通过界面缩聚制备了以棕榈酸(PA)相变材料为核、二氧化硅(SiO2)为壳的相变微胶囊,研究了不同核/壳质量比对PA/SiO2相变微胶囊的表面形貌、微观结构、相变储能性能、热稳定性和热循环性能的影响规律。结果表明,随着核/壳质量比的增加,PA/SiO2相变微胶囊呈现更完整的核/壳结构和更均匀的球形外观,其最佳核/壳质量比为60/40;所形成的微胶囊的最高相变储热能力可达98. 78%;致密SiO2包覆层的形成能够有效阻止相变芯材融化后的泄露和流失,同时也提升了相变微胶囊的热稳定性能,该相变微胶囊在快速热冲击下仍保持良好的形态稳定性,并展示了良好的相变可逆性和相变耐久性,该相变微胶囊可广泛应用于工业及民用各领域的潜热储存和热管理。     

膨胀石墨相变储热复合材料的制备及性能研究

利用石墨高温膨胀得到多孔高吸附性膨胀石墨,吸附石蜡相变材料,制备了膨胀石墨石蜡相变储热复合材料。采用扫描电镜、差示扫描量热分析对复合材料的结构和性能进行了表征,研究了其储热释热行为。结果表明,在900℃时保持32 s膨胀后可得到适宜的膨胀石墨,吸附适量石蜡时仍保持定型特性,石墨的添加改善了复合材料的导热性能,提高了相变...     

高性能定形复合相变储能材料的制备及热性能

对现有定形复合相变材料的制备方法进行改进,采用“熔融吸附-模压成型”的方法,以硬脂酸(stearic acid,SA)为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite,EG)为多孔基体,制备了16种不同参数的样品,并对其进行了微观形貌表征、热物性测试、热稳定性研究及热性能分析。相关研究表明:SEM微观形貌显示样品内部出现致密的石墨片层结构,SA均匀分布在石墨片层中,且压块密度越大,片层结构形态越规则;DSC测试结果显示样品几乎没有过冷度,EG的加入与压块处理对SA本身的相变潜热和相变温度几乎没有影响;Hot Disk测试结果显示EG的加入显著提高了样品的轴向和径向热导率,随着EG含量的增加,径向热导率高达23.77 W·m^-1·K^-1,发现两个方向上热导率的差异随压块密度的增加而增大,最大相差5.4倍;储/放热循环实验发现压块密度越大、EG含量越低的样品,SA越容易发生泄漏;通过成型密度及质量配比的优化可实现对复合材料的热稳定性调控,发现EG质量分数为25%、密度为950 kg·m^-3的样品具有较好的综合性能。与传统定形复合相变材料的成型方法相比,该方法可进一步提高复合相变材料的综合热性能,与纯相变材料相比其热导率可提高130倍以上,且具有简单易操作的特点。     

磷石膏基复合相变材料的制备及储热性能研究

以磷石膏为原料,采用常压盐溶液法在硝酸镁溶液中制备α-半水石膏,以凹凸棒土和聚氨酯为载体、十水硫酸钠和结晶乙酸钠二元共晶水合盐为相变材料,采用真空吸附法制备定形相变材料,然后将α-半水石膏与定形相变材料复合制备磷石膏基相变材料,并考察了其机械强度和储放热性能。结果表明,由磷石膏制备的α-半水石膏抗折、抗压强度分别为8.9、36.8 MPa,定形相变材料的相变温度为28.5 ℃,相变焓为82.6 J/g。由于掺入相变材料导致石膏晶体结合点减少,磷石膏基相变材料抗压强度降低,但其仍然能够达到建筑石膏的使用要求。升、降温实验结果表明,磷石膏复合相变材料与纯磷石膏保温箱相比,温差为8.9 ℃,具有一定的储能效果。     

PEG/SiO_2-Ni复合定形相变材料的制备与性能研究

为提高相变储能材料的热导率和稳定性,以聚乙二醇(PEG)、SiO_2和泡沫镍为原料,基于溶胶-凝胶和真空浸渍法制备了一种新型热导率增强的定形复合相变材料PEG/SiO_2-Ni,并对其性能进行表征。结果表明,镍泡沫的引入使复合相变材料的热导率达到0. 57 W/(m·K),与PEG/SiO_2相比,热导率提高了96. 6%,其储热所用时间也相对减少了63. 4%,有效提高了PEG/SiO_2-Ni相变材料强度和储/放热速率。同时,PEG/SiO_2-Ni相变材料还具有良好的定形相变效果、结构稳定性和较高的相变潜热。     

石蜡类复合定形相变材料的制备研究

复合定形相变储能材料(PCM)是一种新型的环保节能材料,具有重要意义.本文探讨了利用机械搅拌制备复合定形PCM的新方法,并与传统蜜炼法制备的复合定形PCM在热性能上进行比较和分析,发现该法制备的复合定形PCM储热值增高,贮热物质的渗漏性减小,而且工艺简单,成本降低,在北方冬季采暖的暖通系统中具有可观的应用前景.