硬脂酸/膨润土纳米复合相变储热材料的制备、结构与性能

引　言相变储热技术可用于解决热能供给和需求失配的矛盾 ,在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广阔的应用前景[1] .其技术关键就是高性能相变储热材料的应用 .近年来 ,国内外学者不断致力于储热材料的研究工     

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。     

硬脂酸/活化凹凸棒石复合相变储热材料的制备与表征

以热活化的甘肃临泽凹凸棒石为基体,采用热熔法和浸渍法制备了硬脂酸/活化凹凸棒石复合相变储热材料。利用红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法表征了复合材料的结构,采用示差量热扫描仪(DSC)和储放热实验考察了复合材料的储/放性能和稳定性。结果表明采用热熔法和溶液浸渍法制备的材料具有相同的结构,硬脂酸按38.5%的负载率以物理作用吸附于活化凹凸棒石表面,其相应的相变焓分别为68.44 J/g和69.06 J/g。稳定性实验表明2种材料均具有良好的化学稳定性,但热稳定性存在差异,热熔法制备的复合材料的热稳定性优于浸渍法制备的复合材料。     

温控储热相变材料及其应用前景

温控储热相变材料及其应用前景袁群，沈学强（中科院上海有机所２０００３２）相变材料（ＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓ）是近年来发展迅速，应用面广的新材料。人们对相变材料的认识虽然只是近二十年的事，但相变材料对人类的造福，为人类社会服务却已有千万...     

纳米技术在相变储热材料中的应用

结合纳米颗粒的特殊尺寸效应,把纳米技术运用到相变储热材料的制备和改进中,可获得纳米流体、纳米胶囊和复合纳米相变材料等一系列性能优异的纳米相变储热材料。新型的纳米相变材料逐渐被利用到生产和生活的各个储热领域,引领着相变储热技术的发展方向。本文综述了纳米相变材料的研究进展,介绍了纳米相变材料的应用,展望了纳米相变材料的未来发展方向。     

硅酸盐矿物储热特征及其复合相变材料

利用硅酸盐矿物储热特征装载相变功能体,制备定形复合相变材料是获得优良储热性能、低制备成本复合储热材料的途径之一。从导热性能与储存空间两个方面概述了硅酸盐矿物的储热特征;对凹凸棒石、硅藻土、埃洛石、高岭石、蒙脱石、珍珠岩、蛭石、蛋白石、硅灰石等硅酸盐矿物基复合相变材料进行了综述;介绍了其在建筑节能以及其他领域如热红外隐身技术中的应用;最后指出,制备储热容量高、不易泄露的硅酸盐矿物基复合相变材料并扩大其应用范围是今后的研究重点。     

硬脂酸/埃洛石插层复合相变材料的制备及其性能研究

用二甲基亚砜取代法制备了硬脂酸/埃洛石插层复合相变材料.借助于X射线衍射、综合热分析、红外光谱和扫描电子显微镜等方法分析了复合相变材料的插层效果、插层机理及热性能.结果表明:硬脂酸/埃洛石插层复合物中,埃洛石的层间距由0.74 nm增大到3.92 nm,插层率达到了95.4％,埃洛石的内表面羟基与硬脂酸的羰基形成了氢键...     

水合无机盐及其复合相变储热材料的研究进展

水合无机盐具有适宜的相变温度、较大的相变潜热、原料廉价以及热导率较高(相对有机相变材料而言)等优势而有望成为中低温热利用领域理想的储热材料。然而,水合盐具有过冷、相分离和液漏等缺陷,一直以来成为限制其应用的瓶颈缺陷。水合无机盐作为相变储热材料的传统研究主要集中在成核剂和增稠剂的选择上,近几年一些研究者开始研究水合无机盐复合或封装工艺,极大地促进了水合盐性能提升方面的工作。本文综述了常见的几种低温类水合无机盐过冷和相分离现象的解决方法以及基于这几种低温水合无机盐的复合相变储热材料的研究,复合相变材料较单一纯相变材料具有诸多优越的性能,预测采用多孔材料吸附封装技术或微胶囊封装技术来制备水合无机盐复合相变材料可能成为未来解决水合盐液漏问题的研究热点。     

硬脂酸脂肪酯作为温室控温相变材料的制备及性能研究

相变材料可对室内温度进行调控,采用酰氯醇解法将硬脂酸及直链脂肪醇合成系列硬脂酸酯(18-8,18-10,18-12,18-14)作为温室控温相变材料,并通过傅里叶变换红外光谱(FT—IR)、核磁共振(1H NMR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、导热仪等对其结构、热性能及导热性能等进行了测定。结果表明:该系列硬脂酸酯的相变温度为22.2~44.8oC,相变焓为138.7~155.7 kJ·kg~(-1),并具有良好的热稳定性和导热性能,适于作为温室控温相变材料。     

相变储热材料研究进展

对储热特别是相变储热材料的研究进展进行了综述.根据不同相变温度对相变储热材料进行分类,重点介绍了目前广泛应用的相变储热材料的重要性能、制备方法、应用及存在的问题,并对相变储热材料的下一步研究进行了展望,提出将相变材料的研究与相变储热换热器和热管理理念相结合是发展高效储能系统的主流发展方向.     

纳米复合相变蓄热材料的制备与特性

相变蓄热材料（phase change materials,PCMs）是相变蓄热技术研究的基础。针对普通相变蓄热材料热导率低的缺点,采用纳米技术改善石蜡的相变传热性能,从而提高其热导率及热扩散系数。通过纳米颗粒-石蜡复合材料熔化过程测试和纳米颗粒沉降过程观察,确定铜纳米颗粒和Hitenol BC-10分别作为实验用纳米颗粒和分散剂,在制备稳定的纳米铜颗粒-石蜡复合相变材料的基础上,对其热物性进行了实验研究。结果表明纳米铜颗粒的添加使得石蜡热导率增幅最大,实验测得固态纳米铜-石蜡热导率提高7.9%,液态提高3.8%,而固、液态热扩散系数则分别提高了20.6%和16%。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠（SAT）为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素（CMC）和十二水磷酸氢二钠（DHPD）作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明：添加0.5% CMC和2% DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 kJ·kg^-1,相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 kW,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

纳米材料/十四酸混合相变蓄热材料的制备与特性

选用纳米金属Cu和碳素材料石墨烯纳米片（GnPs）为改性剂分别添加至十四酸（MA）中,制备出Cu质量分数为1%、2%、3%和4%的Cu/MA混合相变蓄热材料及GnPs质量分数为1%、2%和3%的GnPs/MA混合相变蓄热材料,并对混合相变材料性能进行表征。结果表明：Cu/MA固态和液态热导率随Cu质量分数增加呈线性提高,1%（质量）GnPs/MA固态热导率较纯MA显著提高101.51%,随GnPs质量分数增加,热导率增幅减缓;FT-IR谱图表明Cu与MA及GnPs与MA间的混合均为物理作用;DSC结果显示添加Cu或GnPs可降低MA的过冷度和相变潜热,且随质量分数增加,相变潜热逐渐降低;4%（质量）Cu/MA和3%（质量）GnPs/MA放热时间相比于纯MA分别减少了23.4%和38.7%;4%（质量）Cu/MA和3%（质量）GnPs/MA在经历300次快速热循环试验后,晶体结构和相变温度基本保持不变,相变潜热分别降至168 J·g^-1和181 J·g^-1左右,仍满足蓄放热要求,两种材料均具有良好的热循环稳定性。     

添加碳素复(混)合相变储热材料的研究及应用进展

相变储热材料因具有储热密度大、相变温度变化小且过程易控制等优点而在许多领域具有重要应用。但传统的相变储热材料存在导热系数低及固-液相变过程中液态泄漏问题,阻碍了其实际应用。碳材料如石墨、碳纤维、碳泡沫和膨胀石墨,他们都具有高导热系数、低密度和良好的化学稳定性。将碳材料添加到相变储热材料中或与相变储热材料进行复合,从而构成碳素复(混)合相变储热材料,储热材料的导热系数及其性能可明显提高。本文综述了碳素复(混)合相变储热材料的研究进展。利用膨胀石墨的多孔特性吸附有机物制备膨胀石墨基复合相变储热材料,其储热密度大、导热系数高、性能稳定、成本低且在固-液相变过程中没有液态的流动性问题,是未来研究和应用最重要的碳素复合相变储热材料。     

蒙脱土基复合相变贮能材料的制备及相变动力学

以月桂酸、豆蔻酸二元低共熔物为相变材料,蒙脱土为封装载体,采用熔融插层法制备了复合相变贮能材料,其中低共熔物的质量分数为70%。采用X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变贮能材料的结构、性能进行了表征。结果表明,二元低共熔物被有效地封装在蒙脱土层间,复合材料的相变温度为34.4℃,相变焓为119.85 J/g。相变动力学研究表明,复合材料的相变反应级数为1.3,活化能为258.55 kJ/mol。     

Preparation and characterization of nano-encapsulated n-tetradecane as phase change material for thermal energy storage

Nanocapsules used as phase change material (PCM) were prepared by using in situ polymerization methods. N-Tetradecane was used as the core material. Urea and formaldehyde were used for the shell polymerization. Sodium dodecyl sulfate was used as the emulsifier and resorcin was used as the system modifier. The morphology of the nanocapsules was observed by a scanning electronic microscope (SEM). The thermal properties were investigated by a differential scanning calorimeter (DSC) and a thermogravimetry analysis (TGA). The SEM analysis indicated that the nanocapsules had general size of about 100 nm and the core material was well encapsulated. DSC analysis indicated that the mass content of n-tetradecane was up to 60%, which resulted in a high latent heat of fusion of 134.16 kJ/kg. TGA showed the thermal stability of the nanocapsules could be improved by the additives (NaCl) used in the polymerization. The nanocapsules could be applied for thermal energy storage and heat transfer enhancement.     

二维纳米片基复合相变储热材料研究进展

相变材料（PCMs）作为潜热储存和释放的介质,能够解决热能供需矛盾,从而缓解能源危机。纯相变材料具有能量密度高、温度范围广、能量输出稳定性强等优点,但其热导率低和在相变过程发生渗漏的缺点阻碍了其广泛的应用和发展。通过将PCMs与二维纳米片复合,PCMs热导率低和渗漏问题被有效解决。通过在导热机理方面进行详细阐述的基础上,综述了近几年来有关碳基二维纳米片、六方氮化硼（h-BN）纳米片、二硫化钼等复合储热材料的研究进展,为高性能二维纳米片基复合PCMs的设计提供一定的研究思路。     

石蜡/高密度聚乙烯/木粉/石墨复合相变储能材料的制备及性能

以石蜡为相变材料,高密度聚乙烯(HDPE)为支撑材料,木粉(WF)为载体材料,石墨为填料,采用加热共熔法制备石蜡/HDPE/WF/石墨复合相变储能材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、步冷试验和渗漏实验等对复合相变材料进行性能测试。结果表明,石蜡质量分数为50%,WF质量分数为10%,石墨质量分数为4%时,该复合相变材料结构稳定,密封性能优异,热稳定性好,相变温度为60.1℃,相变潜热为93.71 J/g,渗漏率低,应用前景广阔。     

Photocrosslinked biobased phase change material for thermal energy storage

A series of novel photocrosslinked biobased shape‐stabilized phase change materials (PCMs) based on octadecanol, eicosanol and docosanol have been prepared by UV technique for the purpose of thermal energy storage applications. Epoxidized soybean oil was reacted with acrylic acid to form acrylated soybean oil (ASO). The structure and composition, cross‐section morphology, thermal stability performances and phase change behaviors of ASO and UV‐cured PCMs were examined by using Attenuated total reflection fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis system (TGA), scanning electron microscopy, and differential scanning calorimetry. The results indicate that the UV‐cured biobased PCMs possess perfect phase change properties and a suitable working temperature range. The heating process phase change enthalpy is measured between 30 and 68 J/g, and the freezing process phase change enthalpy is found between 18 and 70 J/g. The decomposition of UV‐cured PCMs started at 260 °C and reached a maximum of 430 °C. All the biobased UV‐cured PCMs improved latent heat storage capacity in comparison with the pristine ASO sample. With the obtained results we conclude that, these materials promise a great potential in thermal energy storage applications. © 2016 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2016 , 133, 43757.     

空调用纳米有机复合相变蓄冷材料制备与热物性

针对目前空调用有机相变蓄冷材料热导率低的问题,将具有高导热性的纳米材料(MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃)添加到所开发制备的二元复合有机蓄冷材料(质量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇)中,从纳米材料的种类和浓度两方面,研究其对复合有机蓄冷材料热物性的影响。实验发现:对于MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃ 3种纳米材料,当其质量分数分别小于0.3%、0.4%、0.8%时,对应纳米复合材料热导率随纳米材料浓度的增加幅度较为明显;与原二元复合有机相变蓄冷材料相比,添加0.3%的MWNTs,热导率提高26.3%;添加0.4%的Al₂O₃,热导率提高13.1%;添加0.8%的Fe₂O₃,热导率提高32.1%;当在一定纳米材料质量分数(如0.7%)下,加入纳米颗粒的复合材料导热性能效果依次为Fe₂O₃>MWNTs>Al₂O₃。不同纳米粒子的添加对原蓄冷材料的相变温度和相变潜热影响很小,相变温度变化波动最大为0.4℃,相变潜热变化波动范围最大为1.4%。