膨胀石墨/硬脂酸复合相变材料的相变动力学

以硬脂酸(SA)为相变材料,以膨胀石墨(EG)为封装材料,采用熔融共混法制备了硬脂酸/膨胀石墨复合相变材料(SA/EG-PCMs)。采用多重率DSC、SEM、FT-IR、TG等方法对SA/EG-PCMs的结构和性能进行表征,应用非等温动力学数据处理模型进行了相变动力学研究。结果表明:EG具有大量网状结构的空洞(由10~50 mm厚的石墨片叠合而成的平行塌陷片层构成),通过表面吸附和微孔束缚对硬脂酸进行有效封装,使其颗粒粒径减小;根据相变动力学分析,EG对SA分子链段的热扩散运动具有限制作用,使SA/EG-PCMs的活化能均高于纯SA(E为535.55 k J/mol),热稳定性提高;且随着EG含量的提高SA/EG-PCMs的活化能逐渐增大,当EG含量(质量分数,下同)高于10%时EG对SA分子链端的阻碍作用加剧,使复合体系的相变温度和相变焓下降的幅度增大。     

膨胀石墨定形复合相变材料热性能可视化研究

膨胀石墨(EG)作为吸附材料不仅可以防止石蜡(PA)泄漏，还可以提高复合相变材料的导热系数。采用熔融混合法制备了EG含量不同的3种石蜡/膨胀石墨(PA/EG)定形复合相变材料，并对复合相变材料的潜热、热导率、热稳定性和热分解特性进行研究；搭建了可视化控温系统，在恒热流密度下采用红外热成像仪对复合相变材料传热特性进行可视化研究。研究结果表明：EG含量为30%(wt,质量分数，下同)时，复合相变材料导热系数为5.21W/(m·K),与PA相比提高约20倍；随着EG含量的增加，复合相变材料的相变焓逐渐降低，当EG含量为30%时，循环100次后复合相变材料的相变焓为183.6J/g;从熔融过程的温度可视化结果可得，复合相变材料中的EG虽然削弱了自然对流的影响，但是由于其导热系数远高于PA,所以复合相变材料温度变化较为明显。     

二十二烷/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

基于膨胀石墨(EG)良好的热性能和吸附性,以膨胀石墨为吸附介质,以二十二烷(DE)为相变材料,用熔融共混法制备了二十二烷/膨胀石墨复合相变材料,采用扫描电镜、差示扫描量热仪、综合热分析仪、X射线衍射仪等对其进行性能测试和表征分析。结果表明,膨胀石墨具有网络状微孔结构,通过与二十二烷的物理结合将其封装,使其稳定性提高,同时颗粒粒径较小且均匀性较好,分散性提高;随着膨胀石墨含量的增加,复合相变材料导热系数提高、热稳定性增强;复合相变材料的相变温度较二十二烷略有降低,过冷现象得到改善,并具有较高的相变潜热;综合分析,复合相变材料中膨胀石墨的最佳含量为10%(质量分数)左右。     

正癸酸-棕榈酸-硬脂酸三元脂肪酸复合相变材料的热性能

以癸酸(CA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)为原料,通过超声法制备了三元脂肪酸复合相变材料。由二元相图确定CA-PA的二元配比,由三元相图确定CA-PA-SA的三元配比,由DSC和FT-IR测试其化学性质和热性能。FTIR表明共混复合相变材料中3种脂肪酸是通过分子间作用力结合在一起;DSC表明共混复合相变材料的相变温度为25.59℃、相变焓176.98J·g-1,由二元和三元相图可以看出,相变温度都是先降低后升高,表现出低共熔物特征;通过500次热循环测试,作为相变材料脂肪酸三元低共熔物具有良好的热稳定性和化学稳定性。根据上面的结论得出CAPA-SA复合相变材料有合适的相变温度和相变潜热,适合做蓄热低温材料。     

十八醇/DMDBS凝胶态相变材料的制备与性能研究

研究了凝胶因子在醇类复合相变材料中的应用,以十八醇为储能材料,以二(3,4-二甲基苄叉)山梨醇(DMDBS)为凝胶因子制备了一种新的凝胶态复合相变材料,得到的复合相变材料具有较高的储能密度,相变材料的含量可达到94.2%。所制备的复合相变材料不易发生泄漏,DMDBS添加量为3%时,复合相变材料的凝胶解缔温度为177.4～189.8℃,远高于十八醇的熔点。DSC结果表明,复合相变材料的熔融焓变和凝固焓变分别为184.4和180.9J/g。经过100次热循环实验后,复合相变材料的相变温度没有明显变化,焓变值略有降低。通过SEM观察了复合相变材料和干凝胶的表面形态。通过添加膨胀石墨(EG)提高了复合PCM的导热性,使升温和降温时间分别缩短了54.75%和56.36%。     

膨胀石墨基复合相变材料的热稳定性研究

以膨胀石墨(EG)为载体材料,烷类(二十一烷、二十二烷)和脂肪酸类(正癸酸、硬脂酸)为相变材料,采用熔融共混法制备了不同类型膨胀石墨基复合相变材料,通过对其微观形貌、结构组成、热稳定性等表征测试,探究不同种类膨胀石墨基复合相变材料的热稳定性原理。结果表明,EG具有大量不同尺寸、结构和层次的微孔结构,是由10~50μm厚的石墨片叠合成的平行塌陷片层构成,具有良好的吸附性和稳定性,EG通过微孔束缚、氢键及表面极性等作用对相变材料进行物理吸附,使其热稳定性提高;随着EG含量的增加,烷类复合相变材料的热分解温度逐渐升高,分解速率减慢,脂肪酸类复合相变材料分解温度有所降低,分解速率减慢,但二者都在25~80℃间表现出良好的热循环稳定性,具有优良的热效率和热稳定性,满足中低温体系的温度调控要求。     

石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储热性能研究

由二元相图确定出石蜡-硬脂酸二元低共熔物的质量配比为m(石蜡)∶m(硬脂酸)=17∶8,按上述配比通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸复合相变材料,将石蜡-硬脂酸复合相变材料与石墨通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料,通过储/放热实验和差示扫描量热法(DSC)对石蜡-硬脂酸和石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的热性能进行了测试和表征。结果表明,石蜡-硬脂酸复合相变材料的相变储热性能好;随着石墨含量的增加,石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储/放热时间明显缩短,导热性能大幅度提高,但相变潜热逐渐降低,相变温度保持不变。制备的石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热,导热性能优良,可用于低温储能领域。     

癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨蓄能复合相变材料的制备与热性能研究

癸酸、棕榈酸、硬脂酸形成的三元低共熔物与膨胀石墨通过真空浸渍法制备出新型癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨储能复合相变材料,适宜的质量比为m(癸酸)∶m(棕榈酸)∶m(硬脂酸)=77.0∶11.5∶11.5,m(癸酸-棕榈酸-硬脂酸)∶m(膨胀石墨)=13∶1。采用DSC、FT-IR、TG、SEM、冷热循环实验和蓄/放热实验研究了材料的结构和热性能。SEM和FT-IR分析结果表明低共熔物与膨胀石墨是通过物理吸附方式结合。DSC结果表明复合材料融化和凝固时的相变温度为28.93℃和16.32℃,相变潜热为137.38J/g和141.51J/g。TG结果表明复合相变材料在100℃以下具有良好的热稳定性。500次热循环和蓄/放热实验表明循环前后复合相变材料的热可靠性好,且使用寿命长。膨胀石墨的添加改善了复合材料的热性能和热导率。研究表明制备的新型复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和热导率,热性能稳定可靠,可用于低温蓄能领域。     

不同分子量的PEG定型相变材料的储热性能研究

以相对分子质量分别为4000、6000、10000、20000的聚乙二醇(PEG)为相变主材料,吸附性良好的膨胀石墨(EG)或活性炭颗粒(ACG)为支撑材料,采用物理吸附加熔融共混的方法制备出不同分子量的PEG定型相变材料,使用差示扫描量热仪(DSC)对不同分子量的定型相变材料的相变温度、相变焓进行测试与表征,探究不同分子量的对定型相变材料储热性能的影响。结果表明,支撑材料并未影响PEG的相变行为,PEG仍具有良好的结晶性能,PEG定型相变材料的结晶温度、熔融温度随相对分子质量的增加而增大,而其结晶焓、熔融焓不完全随着相对分子质量的增大而增大,而是在PEG相对分子质量为10000时达到顶峰,然后有所下降。     

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。     

月桂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料的制备与热性能研究

以月桂酸为相变材料,膨胀珍珠岩为载质,利用真空吸附法制备出月桂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料(LA/EP-PCMs)。通过FT-IR、SEM、DSC、TGA对LA/EP-PCMs的微观结构、相变温度、相变潜热、热稳定性进行表征。结果表明:月桂酸能较好地吸附在膨胀珍珠岩孔隙内,它们之间的化学相容性良好。LA/EP-PCMs中月桂酸饱和含量为65%,此时其相变温度为41.3℃,热焓为110.1J/g。将5%的纳米石墨纤维(NGF)作为添加剂加入到LA/EP-PCMs中,其导热系数由0.09 W/(m·K)提高到0.16 W/(m·K),增长了77.7%。熔融凝固实验表明:掺入NGF将改善复合相变材料的蓄放热能力,其强化导热机理是在相变基体外表面和内部形成了导热网络。     

正二十烷与膨胀石墨共改性三水合醋酸钠相变材料储热性能

为了克服三水合醋酸钠（CH₃COONa·3H₂O）作为相变储热材料在相变过程中存在的相分离现象,提高其热循环性能,采用简单的共混法将正二十烷（n-Eicosane）、多孔材料膨胀石墨（EG）与CH₃COONa·3H₂O复合制备了三元相变体系（n-Eicosane-EG/ CH₃COONa·3H₂O）,利用XRD、SEM、DSC等方法研究了复合相变体系的结构和储热性能。结果表明,利用正二十烷的包覆作用和EG的孔限域作用,可使n-Eicosane-EG/ CH₃COONa·3H₂O的热循环性能显著提高。     

A capric–palmitic–stearic acid ternary eutectic mixture/expanded graphite composite phase change material for thermal energy storage

This paper demonstrated a capric acid–palmitic acid–stearic acid ternary eutectic mixture/expanded graphite (CA–PA–SA/EG) composite phase change material (PCM) for low-temperature heat storage. The CA–PA–SA ternary eutectic mixture with a mass ratio of CA:PA:SA = 79.3:14.7:6.0 was prepared firstly, and its mass ratio in the CA–PA–SA/EG composite can reach as high as 90%. The melting and freezing temperatures of CA–PA–SA/EG composite were 21.33 °C and 19.01 °C, and the corresponding latent heat were 131.7 kJ kg⁻¹ and 127.2 kJ kg⁻¹. The CA–PA–SA/EG composite powders can be formed into round blocks by dry pressing easily, with much higher thermal conductivity than CA–PA–SA. Thermal performance test showed that the increasing thermal conductivity of CA–PA–SA could obviously decrease the melting/cooling time. Thermal property characterizations after 500 heating/cooling cycles test indicated that CA–PA–SA/EG composite PCM had excellent thermal reliability. Based on all these results, CA–PA–SA/EG composite PCM is a promising material for low-temperature thermal energy storage applications.     

Na_2SO_4·10H_2O/EG复合相变材料的制备与性能分析

以十水硫酸钠为相变材料,采用真空吸附法制备十水合硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料(Na_2SO_4·10H_2O/EG),对其融化-凝固、相分离、过冷、潜热等热物性进行测试分析。结果表明:在Na_2SO_4·10H_2O中添加2%(质量分数,下同)硼砂和8%EG后,可得到理想的Na_2SO_4·10H_2O/EG固-固复合相变材料。此时,Na_2SO_4·10H_2O相分离得到消除,过冷度由13.6℃降低到0.6℃以下,相变潜热和体储能密度分别为225.77kJ·kg~(-1)和218.09MJ·m~(-3)。此外,导热率也得到提高,相比于只添加成核剂硼砂的Na_2SO_4·10H_2O PCM,储热时间缩短52.6%,放热时间缩短55.1%,经过500次急剧升温-降温循环后也未出现性能衰减,储/放热性能较好。     

复合相变材料储热水泥板的热性能研究

以十八烷(OC)为相变材料、膨胀石墨(EG)为支撑结构制备出OC质量含量为90％的十八烷/膨胀石墨复合相变储热材料( OC/EG-PCM).将OC/EG-PCM掺入到普通硅酸盐水泥中,制备出了相变材料质量含量分别为2％、5％、7％、10％的标准储热水泥立方体(70.7×70.7×70.7 mm3)和储热水泥板(10×100×l00 mm3),测量了储热水泥立方体的表观密度和抗压强度,以及储热水泥板的导热系数和储热性能.结果表明,随着OC/EG-PCM质量含量的增加,储热水泥立方体的表现密度和抗压强度逐渐下降,储热水泥板的导热系数也近似于线性减小,储热水泥板的上下表面温差则逐渐增大.当OC/EG-PCM的质量含量为10％时,储热水泥立方体的抗压强度大于10MPa,储热水泥板的上下表面温差大于4.0℃.     

高定形聚乙二醇/剑麻纤维素/彭胀石墨相变储能材料的研制及热性能

以聚乙二醇(PEG)作为相变组分,以高导热的膨胀石墨(EG)和富合羟基的剑麻纤维素(CSF)作为相变支撑组分,分别利用自制的超声辅助真空设备进行动态灌注或机械搅拌进行熔融共混制备了不同PEG用量的定形相变储能材料(PCMs).采用扫描电子显微镜、高分辨率光学相机、差示扫描量热仪、Hot disk-导热仪、热重分析仪等技术测试了PEG基复合PCMs的微观形貌、定形性、储热性能、导热率及稳定性.结果表明,新颖的动态灌注法制备的PEG基复合相变材料呈现出更致密的微观形态,更好的储热性能和更高的导热率及热稳定性.同时,实验发现由于CSF大量的极性羟基和多孔隙结构,当CSF质量分数为30％,EG质量分数为1％时,复合材料表现出极好的定形效果.     

膨胀石墨/石蜡复合材料的制备及热管理性能

石蜡作为相变材料(PCM),膨胀石墨(EG)为导热增强剂,制备不同EG含量的膨胀石墨/石蜡(EG/PCM)复合材料。采用瞬态热线法测量样品的导热系数;把EG/PCM应用于锂离子电池热管理,研究不同EG含量的EG/PCM热管理性能;采用ANSYS软件分析EG/PCM的导热系数对锂离子电池热管理的影响。结果表明:EG的加入大幅度提高了PCM的导热系数,EG含量≥9%时,EG/PCM的导热系数呈各向异性;锂离子电池表面温度随EG含量增加而减小,EG(12)/PCM(88)表现出优异的热管理性能;适当地提高EG/PCM的径向导热系数,有利于提高它的热管理性能。     

新型纳米铜/石蜡/膨胀石墨温敏复合材料的制备及性能

采用高能球磨法制备纳米铜/石蜡/膨胀石墨温敏复合材料,用扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(TEM)对复合材料的微观形貌进行了表征,并测试了复合材料的膨胀性、温敏性和稳定性。结果表明,石蜡对铜粒的包覆效果良好,球磨98 h的复合颗粒近似球形,粒径约为100 nm。纳米铜/石蜡复合颗粒嵌入膨胀石墨的网络孔隙中。膨胀石墨使复合材料的膨胀性降低,改善其温敏性能,并使复合材料在高于相变温度下保持较高的稳定性。     

Production of graphene layer by liquid-phase exfoliation with low sonication power and sonication time from synthesized expanded graphite

Multi-layer graphene was produced through synthesized expanded graphite (EG) liquid exfoliation using organic solvent. Hexagonal graphite (HG) was used as a starting material. HG was mixed with an acidic mixture, dried, rand subjected to thermal treatment. After this process, EG was obtained. This obtained EG was sonicated for 1 h via an ultrasonic homogenizer by blending an organic solvent. Samples were subjected to SEM, TEM, FTIR, and UV-Vis/NIR spectroscopy investigations. After the investigations, it was shown that nano-size graphene sheets were obtained.