相变储能材料十六醇-脂肪酸热力学性质的研究

由步冷曲线法，绘制了十六醇-硬脂酸、十六醇-十六酸、十六醇-十四酸、十六醇-月桂酸、十六醇-癸酸5组不同组成二元物系的T-X相图，由相图可得出不同组成的相变温度以及最低共熔点组成，在此基础上利用DSC测定了这5组体系最低组成处的相变焓，由测定结果可知，每组相变焓均较大，可以作为相变材料使用。     

二元脂肪酸/SiO2复合相变储能材料的制备与表征

针对适用于建筑领域的相变储能材料,选用癸酸(CA)分别与月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)和棕榈酸(PA)复合制备了二元低共熔脂肪酸作为储能材料。通过施罗德公式计算得到二元低共熔脂肪酸的混合比例和理论相变温度。基于CA-MA优异的性能,采用溶胶-凝胶法制备CA-MA/SiO2定形相变储能材料。采用FT-IR、SEM、DSC、TG对CA-MA/SiO2的结构、形貌、热性能和热稳定性进行了分析。结果表明,制备的3种二元低共熔脂肪酸适合于建筑领域。CA-MA较好地被固定在SiO2多孔网络中,储能材料和SiO2之间仅为物理结合,没有新物质的生成。定形相变储能材料的相变温度为20.96℃,相变焓为70.17J/g,相变温度适中,相变焓高,热稳定性好。     

相变储能材料的制备与研究

选择了几种脂肪酸,依据二元低共熔原理,制备出适合建筑材料使用的二元有机相变储能材料。通过DSC分析了复合储能材料的相变温度、相变焓等热性能,结果表明:当CA∶LA;CA∶MA;CA∶PA的质量比分别为53.45∶46.55∶60.2∶39.8∶61.6∶38.4时,其相变焓和相变温度分别为CA-LA:120.7J/g;20.82℃,CA-MA:120.3J/g;19.15℃,CA-PA:142.9J/g;22.05℃,适合于民用建筑对相变材料的要求。通过SEM分析检测了珍珠岩吸附相变材料后的表面微观变化,结果表明:有机羧酸均匀吸附在多孔基体中,此种材料可以应用于夹心节能建筑围护结构中。     

十六醇-十六酸-十二酸/SiO_2三元相变体系复合材料的热湿性能

以十六醇(H)-十六酸(PA)-十二酸(LA)为相变材料,SiO_2为载体材料,采用溶胶-凝胶法制备不同HPA-LA用量的H-PA-LA/SiO_2三元相变体系复合材料。采用等温吸放湿法和步冷曲线法对H-PA-LA/SiO_2三元相变体系复合材料的湿性能和热性能进行测试,同时利用FTIR、XRD、SEM、LPSA和DSC对H-PA-LA/SiO_2三元相变体系复合材料的组成结构、晶体结构、微观形貌、粒径分布、相变温度和相变焓进行表征。结果表明:当HPA-LA用量为0.06mol时,所制备的H-PA-LA/SiO_2三元相变体系复合材料在人体舒适度范围内具有良好的热湿综合性能,即相对湿度为40%~65%时,平衡含湿量为0.07~0.10g/g,相变温度为26.29℃,相变焓为70.55J/g。     

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。     

正癸酸-月桂酸-硬脂酸三元低共熔体系/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

将正癸酸(DA)、月桂酸(LA)和硬脂酸(SA)熔融共混制备了三元体系相变材料(DA-LA-SA),以DA-LA-SA为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体材料,用熔融共混法制备不同DA-LA-SA含量的三元低共熔脂肪酸/膨胀石墨复合相变材料(DA-LASA/EG-PCMs)。采用FT-IR、XRD、SEM、TGA和DSC对其组成成分、晶体结构、微观形貌、相变温度和相变焓进行表征。结果表明,当DA、LA和SA的质量配比为1∶8∶1时,DA-LA-SA具有较低的相变温度和较高的相变焓;EG由大量的微孔构成,通过微孔束缚和表面吸附与DA-LA-SA物理结合,具有良好的稳定性;EG质量分数为10%时,所制备的DA-LA-SA/EG-PCMs三元相变体系复合相变材料的相变温度为38.6℃,相变焓为123J/g,导热系数为3.572 1 W·(m·K)-1,分散均匀,颗粒粒径较小,具有优良的热性能和稳定性。     

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。     

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。     

肉豆蔻酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性研究

以肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备了MA-TD二元复合相变材料,利用步冷曲线法测定不同质量比的MA-TD复合相变材料的结晶温度,绘制相图获得二元体系低共晶点,确定了MA-TD共晶混合物的质量比为36∶64,其结晶温度为32.7℃。差示扫描量热测试结果表明MA-TD共晶混合物的相变潜热为227.08kJ/kg。傅里叶变换红外光谱测试表明,复合相变材料中MA和TD的分子结构未发生变化,两者为物理复合。经过500次0～60℃冷热循环,MA-TD二元复合相变材料的相变温度基本不变,说明该复合相变材料的热稳定性较好。     

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。     

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。     

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。     

月桂酸-硬脂酸/SiO2复合相变材料的实验研究

相变蓄热技术能够收集太阳能等低品位热源形成稳定的“能量池”,为建筑保温蓄热或末端能量利用提供稳定的热源。本文选取月桂酸和硬脂酸作为基本有机相变材料,采用步冷曲线法测量并绘制了两种材料的二元平衡相图,得到二者最小共熔点混合质量比例是月桂酸为70%,硬脂酸为30%,此时混酸的相变温度为31.2℃,相变潜热为264.3 kJ/kg;为增强相变材料的热稳定性和导热性能,预防或缓解在熔解-凝固热循环中出现的蠕流分层现象,以质量比为70%月桂酸和30%硬脂酸形成的混酸为基本材料,添加具有三维网络结构的SiO2硅溶胶进行复合材料的调制和测试,结果表明,当SiO2在复合材料中所占质量比例为35%时,混酸完全被四面体状的SiO2所包覆固定,形成稳固的相变主体。多次循环实验显示,复合相变材料的相变温度为30.8℃,相变潜热值为104.1 kJ/kg,虽然相变潜热值有所降低,但热稳定性大大增强。     

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。     

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。     

脂肪酸多元低共熔物的共晶质量比例、储热性能及其应用

以单一脂肪酸癸酸(CA)、月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)为原料,使用Schrader公式和MATLAB软件分析了脂肪酸二元低共熔物(CA-LA和CA-MA)、三元低共熔物(CA-LA-PA、CA-LA-SA、CA-MA-PA和CA-MA-SA)和四元低共熔物(CA-LA-PA-SA和CAMA-PA-SA)的共晶相图。确定了以上8种脂肪酸低共熔物的共晶质量比例。采用差热扫描仪(DSC)测试了脂肪酸多元低共熔物的储热性能,测试结果表明:脂肪酸低共熔物的相变温度明显低于脂肪酸的相变温度,且随着低共熔物中组分的增加而降低。制备出的脂肪酸低共熔物的融化温度和融化焓值分别为15~31℃和127~155kJ/kg。     

纳米氧化铜/辛酸-肉豆蔻酸相变储能材料的制备及热物性

辛酸(OA)-肉豆蔻酸(MA)是一种极有发展潜力的相变材料,但是因过低的导热系数限制了其进一步大规模推广。通过添加纳米氧化铜(CuONP)改善其导热性,制备了一种融化温度在7~9℃的可用于空调蓄冷系统的新型相变储能材料。利用理论模型预测OA-MA二元共熔体系的融化温度与相变潜热,发现计算结果与实验不符。对比不同分散剂对CuONP的分散效果,发现白猫洗洁精分散效果最好。通过步冷试验、差示扫描量热法(DSC)、瞬态平面热源法(Hotdisk)及加速热循环实验,对比不同质量比CuONP对OA-MA在宏观热表现、融化温度、相变潜热、导热系数与热扩散率等方面的影响来研究纳米流体的传热传质机理,并提出了热扩散率与相变潜热的拟合曲线;根据材料300次与600次循环后的融化温度与相变潜热,发现该材料循环热稳定性较好。     

二元脂肪酸/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的制备及性能

采用真空浸渗法制备了癸酸-月桂酸（CA-LA）/硅藻土助滤剂定形相变储热复合材料,对样品进行扩散-渗出圈测试、FTIR、SEM、BET、DSC和TG等表征分析,研究了硅藻土助滤剂对CA-LA二元低共熔脂肪酸的定形性能和吸附容量及CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的热物性、热稳定性和蓄放热性能。结果表明：无渗出圈产生的CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料中,硅藻土助滤剂对CA-LA的吸附量约为49.88wt%,CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的相变温度和相变潜热分别为21.8℃和75.45 J/g;TG和热循环试验结果表明,CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料具有良好的热稳定性,经历100次热循环后相变温度和相变潜热的变化量较小;蓄放热性能测试结果证明CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料能够进行蓄热和释热,起到明显的调节和控制环境温度的作用,可应用在建筑节能和储热领域。