聚乙二醇/石墨烯纳米片复合相变材料的制备及其性能研究

以聚乙二醇(PEG)作为相变工作物质,以具有优异导热性能的石墨烯纳米片(GNPs)作为导热填料,通过熔融共混法制备出一系列不同GNPs含量的PEG/GNPs复合相变材料。采用激光导热仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、红外光谱仪等测试PEG/GNPs复合相变材料的导热性能、热物性、微观形貌、结晶性能及化学组成。结果表明,GNPs均匀分散于PEG基体中,形成能够加快热量传递的导热通路,复合材料体系的导热系数得以显著提高,而相变焓仅仅略微下降,当GNPs含量为2%时,复合材料体系的导热系数是PEG的249.7%,而相变焓损失率却仅为3.9%;PEG与GNPs二者间仅是物理吸附,并未发生化学反应,复合材料体系的结晶性能良好;PEG与GNPs复合相变材料的热响应速度更快,能源利用率因而更高。     

CNTs掺杂对EG/PEG定形相变材料性能的影响研究

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,导热性与吸附性良好的膨胀石墨(EG)和碳纳米管(CNTs)为支撑材料,制备出CNTs/EG/PEG定形相变材料。分别采用恒温烘箱、差示扫描量热仪(DSC)、导热系数测定仪对CNTs/EG/PEG定形相变材料的定形特性、储热性能以及导热性能进行研究表征。实验结果表明,PEG含量越多的该定形相变材料的界面更加的均匀;随着EG和CNTs的含量增加,CNTs/EG/PEG复合材料的定形效果越来越好,熔融焓与结晶焓逐渐降低,导热系数逐渐增加。     

PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强相变材料的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）改性的二氧化硅(SiO2)为支撑材料,以氧化壁碳纳米管(O-CNTs)为导热增强材料,采用溶胶-凝胶法成功制备了PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强型复合相变材料。通过FTIR、XRD、SEM、DSC等对材料的结构和热性能进行了表征。当PEG含量为82.0%时,复合相变材料仍然具有良好定型效果,熔化焓和结晶焓达到134.2 J/g、126.6 J/g,而且材料具有很好的储热稳定性,300次热循环后,其储热焓值仅下降3.3%。相比于纯PEG,添加了0.6%的O-CNTs的复合相变材料的导热增强率为28.1%, 达到0.41W/(m?K)。红外热成像结果表明,复合相变材料的储能效率明显提高。     

PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强相变材料的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)改性的二氧化硅(SiO2)为支撑材料,以氧化碳纳米管(O-CNTs)为导热增强材料,采用溶胶-凝胶法成功制备了PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强型复合相变材料.通过FTIR、XRD、SEM、DSC等对材料的结构和热性能进行了表征.当PEG质量分数为82.0％时,复合相变材料仍然具有良好的定形效果,熔化焓和结晶焓分别达到–134.2和126.6 J/g,而且该材料具有很好的储热稳定性,300次热循环后,其熔化焓值仅变化3.3％.相比于纯PEG,添加了质量分数为0.60％O-CNTs的复合相变材料的导热增强率为28.1％,导热系数达到0.41 W/(m·K).红外热成像结果表明,O-CNTs能够有效提高复合相变材料的储能和能量释放效率.     

活性炭对PEG熔融和结晶性能的影响

采用物理吸附加熔融共混的方法制备PEG/活性炭复合相变材料,用差示扫描量热仪(DSC)研究活性炭加入量对PEG熔融和结晶性能的影响。结果表明:PEG/活性炭复合相变材料的熔融焓、结晶焓、熔融温度随着活性炭用量的增加而增加,结晶温度随活性炭用量的增加而减少;随着活性炭用量的增加,PEG/活性炭复合相变材料的热滞后度减小。     

聚乙二醇/聚氯乙烯/废旧PCB非金属粉复合定形相变材料的制备与研究

采用熔融共混法和模压法,以聚乙二醇(PEG)为相变材料,聚氯乙烯(PVC)为定形基材,废旧印刷电路板非金属粉(N-PCB)为增强填料,制备了一种新型的复合定形相变材料。通过差示扫描量热仪对材料的相变过程进行了表征。结果发现,添加PEG20000质量分数为30%时,复合材料的相变熔融焓和凝固焓最大,分别为46.61 J/g和47.62 J/g,相变温度区间为65.0～78.0℃。另外,还研究了N-PCB作为填料对于新型复合定形相变材料的密度、热变形温度和力学性能的影响,结果发现在PEG20000/PVC体系中N-PCB添加量为30%时,复合材料的综合性能最优。     

多孔纤维素/聚乙二醇相变粉体的制备及表征

以制备的具有微/纳多孔结构的纤维素为骨架,聚乙二醇(PEG)-4000为相变基,通过吸附―混合机制制备出不同PEG含量的多孔纤维素/PEG复合相变粉体材料(PCMs)。傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜分析和复合相变粉体孔隙率测定结果表明,多孔纤维素与PEG能很好地相互结合;X射线衍射、差示扫描量热及热重分析结果表明,PCMs相变焓随PEG含量的增加而逐渐增加,PEG理论含量为50%(wt)时,多孔纤维素/PEG复合相变粉体相变焓值为95.53 J/g。多孔纤维素/PEG复合相变粉体的热稳定性好。     

测试速率对PEG/GO定型相变材料熔融和结晶性能的影响

以聚乙二醇/氧化石墨烯(PEG/GO)定型相变材料为测试样品,采用差示扫描量热法(DSC)对其熔融、结晶性能进行了表征,研究了测试速率(即升/降温速率)对该相变材料熔融、结晶温度和热焓的影响。结果表明:随着降温速率的增加,PEG/GO相变材料的结晶温度逐渐降低;随着升温速率的增加,材料的熔融温度逐渐提升;测试速率越高,焓值越小;随着GO加入量的增加,升降温时的焓值均呈现降低的趋势;相同GO含量的PEG/GO定型相变材料,其熔融焓总是大于同等测试速率下得到的结晶焓,而且测试速率越快,差值越大;在相同测试速率下,GO的添加量基本不会对PEG/GO相变材料的熔融、结晶温度产生影响。     

PEG/活性炭复合物的热性能研究

以活性炭颗粒（ACG）为吸附增强材料,聚乙二醇（PEG6000）为相变材料,采用物理共混法制备了PEG/活性炭复合物。利用差示扫描量热仪、导热系数测定仪、高温综合热分析仪对所得复合材料的热性能进行了研究。结果表明,加入活性炭颗粒,可提高材料的导热系数和热稳定性。     

铜纳米粒子导热增强固-液相变储能材料的性能

使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙二醇（PEG）作为钝化剂对铜纳米颗粒进行原位包覆制备了PVP/PEG/Cu复合纳米粒子（CuNP），将其作为导热增强剂引入到PEG中制备了CuNP/PEG固-液相变储能材料（PCMs），并通过FTIR、XRD、DSC以及TGA等表征了CuNP/PEG固-液PCMs的结构及热性能。利用纳米粒子表面的PVP与PEG之间的氢键和空间位阻效应，以及PVP对铜核的保护作用，赋予了铜纳米粒子在PCMs中优异的分散稳定性。结果表明，CuNP的引入能够显著提高复合相变储能材料的导热能力，并能够作为晶核加速材料的结晶行为。当纳米粒子的质量分数为5%时，CuNP/PEG固-液PCMs的相变焓值为157.0 J/g，体系的储热速率、放热速率和结晶速率与纯PEG相比分别提高了34.09%、31.45%和53.33%。     

超声辅助真空作用下石墨烯/PBS复合材料的制备及热性能

以石墨烯纳米片(GNPs)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为原料,利用自制的超声辅助真空实验装置进行熔融混合,通过调控超声振荡-真空灌注工艺制备了一系列GNPs/PBS复合材料。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)、维卡软化温度(VST)和Hot disk导热仪研究了PBS基复合材料的界面形态、结晶性能、热稳定性能、抗热变形性能和导热性能。结果表明:与纯PBS相比,当GNPs添加量达到0.5%、超声功率300 W时,GNPs/PBS复合材料的玻璃化转变温度、最大热分解温度、维卡软化点与导热系数分别提高了5.4℃、5.3℃、12.7℃与1 107.8%,而结晶度出现轻微降低。同时,对比超声功率研究结果发现,提高超声功率可以明显改善GNPs/PBS复合材料的热稳定性、抗热变形性和热导率,这是因为高功率的超声振荡提高了GNPs在PBS基体中的分散性。     

形态稳定的Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O共晶盐相变储能材料的制备及热性能提升

在复合相变材料中引入碳纳米纤维(CNFs)提高相变体系的导热系数,以实现相变材料与外界环境进行快速有效的热量交换。本文采用熔融共混法将Na₂SO₄·10H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O制备成共晶盐相变材料,借助聚丙烯酸钠构筑三维聚合物网络封装相变材料,利用CNFs提升复合材料的导热系数。通过Raman、XPS等测试方法,研究了CNFs经高能球磨、湿化学氧化处理后,其表面含氧官能团的变化;借助Raman、DSC、Hot disk、TG等测试方法,分析了CNFs对复合材料化学相容性、相变行为、热稳定性、潜热容量、导热系数的影响。结果表明:CNFs经过功能化处理,氧、碳原子比增大至0.140,氧化效果显著;CNFs引入至复合相变材料中,体系内各组分之间存在良好的化学相容性;当CNFs的添加量达到3%(质量分数),复合材料的固、液态导热系数分别达到1.05 W/(m·K)、0.88 W/(m·K),相较于未添加CNFs的复合材料,固、液态导热性能分别提升了69.4%、60.0%;经过1 000次循环试验,复合材料的熔融焓和结晶焓相较循环前分别下降了56.2%、65.3%,相变体系仍然具备一定的储热能力,表明将相变材料嵌入三维网络结构是一种有效的封装策略。     

电驱动PEG/EG复合相变材料的制备与性能

以聚乙二醇（PEG）为相变组分，膨胀石墨（EG）为支撑材料，采用真空浸渍的方法制备了PEG/EG电热转换相变储能材料。改变复合相变材料中EG的质量分数，探究其在电热转换与热能存储效率、定形效果、相变焓值、储放热速率等方面的作用。结果表明，EG不仅能够提高复合相变材料的导热性能，还赋予其导电性能。当EG质量分数为5%时，PEG/EG复合相变材料具有良好的电热转换性能，在外加电压为7 V时，其电热转换与热能存储效率达到80.6%。同时，复合相变材料表现出良好的定形效果、较高的相变焓值（152.2 J/g）和优异的导热性能，与纯PEG相比，其储热所用时间减少了73%，储放热速率大幅提高。因此，PEG/EG复合相变材料在电驱动热能存储系统和能量转换与存储等领域具有广阔的应用前景。     

PEG/CNFs相变储能材料非等温结晶动力学研究

通过溶液浇铸法制备了聚乙二醇/纤维素纳米微纤(PEG/CNFs)复合相变储能材料,采用差示扫描量热仪(DSC)研究了CNFs含量对该PEG/CNFs复合材料中PEG结晶行为的影响,并利用Jeziorny、Ozawa和Mo模型对DSC结果进行了非等温结晶动力学分析。结果表明:加入CNFs后,复合材料中PEG的半结晶时间(t1/2)与Avrami指数(n)下降,表明CNFs充当了PEG的成核剂;另外,CNFs含量的增加抑制了PEG晶体的生长,PEG的结晶焓(ΔHPEG)显著下降。     

EG-TPU/PEG相变储能材料的结晶及力学性能研究

以高导热多孔隙膨胀石墨(EG)和热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为支撑材料,以聚乙二醇(PEG)为相变材料,利用挤出成型工艺制备EG-TPU复合材料,再通过注塑成型制备EG-TPU/PEG复合相变储能材料。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、广角X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和万能实验机对试样进行形貌、结晶及力学性能测试。结果表明,PEG充分地进入到EG孔隙中,EG和TPU的引入并未改变PEG的结晶形态,但降低了PEG的结晶度和晶体完善度。添加10%TPU可以使复合相变材料的冲击强度和拉伸强度较纯PEG的分别提高87%和85%左右。     

基于复合相变材料的电子芯片热管理性能研究

为了提高小功率电子器件的热管理能力,今以PEG1000为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体基质,采用物理吸附法制备出导热系数高、热响应速度快的PEG1000/EG复合相变材料,并选择PEG1000质量含量90%的复合相变材料应用于电子温控散热系统。通过分析不同输出功率条件下模拟芯片表面及相变材料内部的温度随时间的变化规律,考查复合后的相变材料的温控能力。研究表明,散热器填充复合相变材料后的散热性能明显优于填充前的,模拟芯片表面的升温速率明显降低。此种复合相变材料的使用能有效提高电子器件的热管理能力。     

PEG-EG固-固相变材料的制备和性能研究

针对固-液相变材料易泄漏和热导率较低的问题,提出了聚乙二醇(PEG)固-固相变的复合材料。复合材料由不同比例、热导率较大的膨胀石墨(EG)骨架与PEG化学枝接得到。研究结果表明,EG质量分数为10%时,复合相变材料仍存在泄漏现象,而EG质量分数为20%、30%时不再有泄漏现象,复合材料表现为固-固相变。另外,复合材料的热导率随EG含量的增加而增大,其中EG质量分数为30%时,复合材料的热导率最高,为8.031 W·m^-1·K^-1,是纯相变材料热导率(0.289 W·m^-1·K^-1)的27.79倍。经历50次循环后,所有复合相变材料的相变温度和相变焓均未有明显变化,证明其具有良好的热稳定性。考虑综合性能,EG的质量分数为20%时,复合相变材料性能最佳,定形效果良好,相变焓(138.30 J·g^-1)和结晶度(88.6%)较高,热导率也可以达到6.870 W·m^-1·K^-1。     

碳气凝胶基复合相变材料的制备及其导热性能研究

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,通过添加碳气凝胶,采用熔融共混和真空浸渍的方式制备了导热增强型相变复合材料。采用扫描电子显微镜、热常数分析仪、差示扫描量热仪、红外热成像仪和热重分析仪对所制备复合材料的微观结构、导热性能与相变过程进行了研究。结果表明:相比于PEG材料,片层三维网络结构的碳气凝胶可有效提高PEG的导热性能;碳气凝胶对PEG具有更加优良的定型效果,在相变过程中,能有效束缚PEG的流动,保持复合材料的形状稳定性。     

高分子固-固相变材料的热性能

以活性炭颗粒(ACG)为吸附增强材料,高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙二醇(PEG)为相变材料,采用物理共混法制备两种高分子固-固相变材料。利用差示扫描量热仪、导热系数测定仪、高温综合热分析仪对所得相变材料的热性能进行了研究。结果表明:入活性炭颗粒,可提高材料的导热系数和热稳定性。     

PEG/UPR/石墨烯复合相变材料的制备及其在节能 建筑中的传热性能研究

以聚乙二醇(PEG)为相变储热材料、不饱和聚酯树脂(UPR)为封装载体、石墨烯(GNP)为导热填料,通过熔融共混法制备出新型PEG/GNP/UPR复合相变材料,并采用导热系数测试仪、扫描电镜、差示扫描量热仪及傅里叶红外光谱仪对其进行测试与表征。将PEG/GNP/UPR作为调温材料掺入至水泥墙体中制备出相变储热墙体,利用热流计和温度记录仪测试了PEG/GNP/UPR对水泥墙体的热物性能的影响。试验结果表明,UPR具有丰富的三维网络结构,并能通过物理吸附作用牢牢将PEG分子链段限固与锚嵌其中,此外,GNP的掺入能够显著增强复合相变材料的导热特性,且PEG/GNP/UPR的相变特性与PEG基本相似;在升温过程中,PEG/UPR/GNP不仅能够吸收和储存墙体所受辐射的大量热量,而且PEG/UPR/GNP的掺入使得墙体的密度降低,这也会增大墙体的比热容,进而改善水泥墙体的温度。