碳纳米管/石蜡复合相变材料热性能的实验研究

以石蜡为相变材料基液,分别添加不同体积分数的碳纳米管,通过两步法制备碳纳米管/石蜡复合相变材料,并对复合相变材料的热物性参数和相变性能进行了测试和表征。搭建试验台对复合相变材料进行蓄放热实验。结果表明,复合相变材料的相变温度与纯石蜡基本一致,相变潜热随纳米颗粒的添加量增大而减小;复合相变材料的凝固强化效果随碳纳米管添加量的增大而增强,添加量为体积分数2%时,凝固速率可以提升16.3%;对于熔化过程,导热和对流换热共同作用着复合相变材料的熔化速率能否被强化。     

碳纳米管/石蜡复合相变材料热性能的实验研究

以石蜡为相变材料基液,分别添加不同体积分数的碳纳米管,通过两步法制备碳纳米管/石蜡复合相变材料,并对复合相变材料的热物性参数和相变性能进行了测试和表征。搭建试验台对复合相变材料进行蓄放热实验。结果表明,复合相变材料的相变温度与纯石蜡基本一致,相变潜热随纳米颗粒的添加量增大而减小;复合相变材料的凝固强化效果随碳纳米管添加量的增大而增强,添加量为体积分数2%时,凝固速率可以提升16.3%;对于熔化过程,导热和对流换热共同作用着复合相变材料的熔化速率能否被强化。     

石蜡/碳纳米管复合相变材料的性能研究

针对太阳能烟囱蓄热单元的应用需求,以石蜡为相变材料,向其中添加碳纳米管,通过两步法制备出碳纳米管质量分数分别为0.5%、1%、2%、3%、5%的复合相变材料,并对其热物性及循环稳定性进行了实验研究。结果显示,碳纳米管的添加可以有效提高相变材料的热导率和相变过程的传热速率,当添加的质量分数为5%时,其热导率达0.62 W/m2·K,比纯石蜡提高了1.21倍,蓄、放热速率分别比纯石蜡提高了44%、45%;碳纳米管的添加降低了相变材料的相变潜热,当添加的质量分数为5%时,其相变潜热为170 J/g,为纯石蜡的81%;石蜡与碳纳米管只是简单的物理复合,且制备的相变复合材料具有较好的循环稳定性。     

石蜡/LDPE/OMMT/石墨复合相变储能材料的制备及性能

以石蜡为相变材料,低密度聚乙烯(LDPE)为支撑材料,有机蒙脱土(OMMT)为载体材料,石墨为填料,采用加热共熔法制备石蜡/LDPE/OMMT/石墨复合相变储能材料。采用扫描显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射仪(WAXD)、导热系数测定仪等对复合相变材料进行结构表征与性能测试。结果表明:当石蜡质量分数为50%,OMMT质量分数为15%,石墨质量分数为4%时,石蜡包覆良好,相变温度为57.45℃,相变潜热为92.95 J/g。该复合相变材料结构稳定、密封性能优异、热稳定性好和导热率高,应用前景广阔。     

不同石墨填料对相变材料性能的影响

以石蜡为相变材料基液,分别添加不同体积分数的纳米石墨烯和纳米石墨烯片,通过两步法制备纳米颗粒复合相变材料,并进行了热性能参数测试和对比。搭建试验台测试复合相变材料的蓄放热过程并记录温度随时间变化曲线。结果表明,复合相变材料的相变潜热随着2种纳米颗粒的添加量增大而减小;对于导热为主导的凝固过程,复合相变材料的凝固速率相对于纯石蜡有提升作用,添加体积分数为1%的纳米石墨烯和纳米石墨烯片分别可提升8.7%和6.3%;对于融化过程,导热和对流共同作用决定融化速率是否被强化。     

石蜡/活性炭相变材料的制备及其性能研究

以活性炭（AC）为吸附增强材料,石蜡为相变材料,采用物理共混法制备了一种固-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进行了表征。结果表明,当活性炭质量百分含量不低于15%时,所得复合物宏观上表现为固-固相变;加入活性炭颗粒,可提高材料的导热系数和热稳定性。     

KNO_3-NaNO_3-Ca(NO_3)_2/膨胀石墨复合相变储热材料的研究

采用未饱和水溶液法并利用超声波的震荡与分散的原理制备了[KNO_3-NaNO_3-Ca(NO_3)_2]/膨胀石墨复合相变储热材料,对样品做了导热系数、DSC、XRD和SEM等表征分析。通过添加不同质量分数的膨胀石墨(EG),研究了添加量对复合相变储热材料热物性能的影响。结果表明,利用未饱和水溶液法并利用超声波的震荡与分散的原理制备的复合相变材料的微观结构均一、稳定,导热系数增加更为明显,30%(质量分数)EG的复合相变材料导热系数可达24.29 W/(m·K),比纯共晶盐导热系数提高了67倍;EG质量分数小于10%时,共晶盐不能完全浸透到膨胀石墨空隙中,有明显的相分离,不能形成稳定的复合相;另外,EG含量越多,复合相变材料的导热系数就越大。     

PEEK高强耐磨复合材料的制备与性能

采用微型注塑机制备了聚醚醚酮/玻璃纤维/碳纳米管(PEEK/GF/CNTs)复合材料,对PEEK/GF/CNTs复合材料的力学性能、导热性能、摩擦性能进行了研究。结果表明:室温(25℃)下,GF的加入使PEEK材料的拉伸强度提高了43.37%;随着温度的升高,PEEK及其复合材料的拉伸强度逐渐下降;随着CNTs用量的增加,PEEK/GF/CNTs复合材料的拉伸强度呈先增大后减小的趋势;在1 000N的载荷下,PEEK/GF/CNTs复合材料的耐摩擦性能最佳;CNTs的加入提高了PEEK材料的耐热性能;当CNTs质量分数为8%时,PEEK/GF/CNTs复合材料拉伸强度为168.64 MPa,导热系数为0.416 2 W/(m·K),结晶度为16.18%,综合性能最佳。     

多壁碳纳米管/聚乙烯醇缩丁醛复合相变纤维的制备与性能

利用微流控技术成功制备了以石蜡(RT27)为芯层、共混多壁碳纳米管(MWNT)的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为鞘层的核-鞘型MWNT/PVB 复合相变纤维。系统研究了MWNT 的含量对复合相变纤维的形貌、力学性能、热性能、导热性能的影响。研究结果表明,MWNT 的加入显著提高了MWNT/PVB 复合相变纤维的力学性能和导热性能。随着MWNT 含量增加,MWNT/PVB 复合相变纤维的断裂强度先增大后减小。当MWNT 含量为0.5%时,复合相变纤维的断裂强度最大,比未添加MWNT 相变纤维的断裂强度提高了28.27%。在42℃高温下,比较缠绕MWNT 含量为4%的复合相变纤维和缠绕未添加MWNT 相变纤维的模型帽子的内部温度,前者从相同的初始温度17℃升温到达石蜡RT27 的相变温度(27℃)所用的时间比后者减少了25%。研究结果为制备具有良好导热性能、高强度和稳定、快速调温性能的相变纤维提供重要的实验参考和指导。     

冷藏运输用Al_2O_3-H_2O纳米流体蓄冷相变时间分析

利用恒温浴槽分别对质量分数为5%,Al2O3粒径分别为10,20,50,100,500 nm和粒径为10 nm,质量分数分别为5%,10%,12%,15%,20%的两组Al2O3-H2O纳米流体进行冻结,分析了纳米流体和去离子水在冻结过程中的温度变化,讨论了Al2O3粒径和浓度对冻结过程的影响。结果表明,在去离子水基液中加入Al2O3纳米颗粒,减少了凝固相变时间,且当质量分数为5%时,相变时间随粒径增大而增加,粒径为10 nm时,相变时间最短;当粒径为10 nm,质量分数小于10%或大于12%时,相变时间均随质量分数的增大而增加,但质量分数为12%时,相变时间最短。相对于冰作为蓄冷材料,纳米蓄冷材料可节省蓄冷时间,有效提高能源利用效率。     

CNTs阵列增强石蜡/硅橡胶复合相变垫片的散热性能研究

电子技术的高速发展对散热技术提出了更高的要求,热界面材料作为散热技术的关键材料之一,面临着提高热导率以及减小传热热阻的挑战。将垂直碳纳米管阵列(VACNTs)和固-液相变材料石蜡(PA)与硅橡胶(SR)复合,研制了一种新型VACNTs/PA/SR复合相变垫片。研究表明,通过磁场校准方法可以使表面改性的镀镍多壁CNTs在SR中实现垂直定向排列,所得VACNTs/SR垫片较CNTs随机排列的垫片具有更高的热导率,并确定VACNTs/SR垫片中CNTs的适宜含量为6%(质量),对应垫片的热导率可达0.71 W/(m·K)。对于固定CNTs含量为6%(质量)但PA含量不同的一系列VACNTs/PA/SR相变垫片,PA的添加量不大于12.5%(质量)时,相变垫片克服了液态PA的泄漏问题;相变垫片在PA发生固-液相变后表现出硬度显著下降,热阻减少可达55.14%,并具备优异的热可靠性。将最佳VACNTs/SR垫片样品及最佳VACNTs/PA/SR相变垫片样品进行散热性能对比发现,与使用VACNTs/SR垫片的情况相比,使用VACNTs/PA/SR相变垫片时的模拟芯片不仅在温度上升阶段的升温速率更小,而且当芯片温度达到平衡后对应的平衡温度也更低,降低了3.5℃,显示出更好的散热性能。VACNTs/PA/SR相变垫片优良的特性和散热性能使其在电子设备散热领域具有良好的应用前景。     

80#石蜡/膨胀石墨定形复合相变材料的特性表征与分析

以80^#石蜡为相变材料,利用不同粒径膨胀石墨的多孔隙结构,以多层吸附、模压法压制方式制备了80^#石蜡/膨胀石墨定形复合相变材料。通过循环融冻实验分析了80^#石蜡的热稳定性和循环稳定性,滴定滤纸渗漏实验确定了不同组分复合相变材料的渗漏率。采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜（SEM）、Hot Disk热常数分析仪等仪器对所制备复合相变材料的相变潜热、多孔基吸附结构、热导率、渗漏率等特性进行了分析。结果表明：当膨胀石墨的添加质量分数达到整体组分的8%时,复合定形相变材料的相变温度为80.86℃（吸热）和76.08℃（放热）,相变潜热为130.12kJ/kg,且渗漏率小于0.3%。制备的复合定形相变材料具有形状稳定、渗漏率低、蓄热密度高的特点,且具有较长的使用寿命。     

CNTs阵列增强石蜡/硅橡胶复合相变垫片的散热性能研究

电子技术的高速发展对散热技术提出了更高的要求,热界面材料作为散热技术的关键材料之一,面临着提高热导率以及减小传热热阻的挑战。将垂直碳纳米管阵列(VACNTs)和固-液相变材料石蜡(PA)与硅橡胶(SR)复合,研制了一种新型VACNTs/PA/SR复合相变垫片。研究表明,通过磁场校准方法可以使表面改性的镀镍多壁CNTs在SR中实现垂直定向排列,所得VACNTs/SR垫片较CNTs随机排列的垫片具有更高的热导率,并确定VACNTs/SR垫片中CNTs的适宜含量为6%(质量),对应垫片的热导率可达0.71 W/(m·K)。对于固定CNTs含量为6%(质量)但PA含量不同的一系列VACNTs/PA/SR相变垫片,PA的添加量不大于12.5%(质量)时,相变垫片克服了液态PA的泄漏问题;相变垫片在PA发生固-液相变后表现出硬度显著下降,热阻减少可达55.14%,并具备优异的热可靠性。将最佳VACNTs/SR垫片样品及最佳VACNTs/PA/SR相变垫片样品进行散热性能对比发现,与使用VACNTs/SR垫片的情况相比,使用VACNTs/PA/SR相变垫片时的模拟芯片不仅在温度上升阶段的升温速率更小,而且当芯片温度达到平衡后对应的平衡温度也更低,降低了3.5℃,显示出更好的散热性能。VACNTs/PA/SR相变垫片优良的特性和散热性能使其在电子设备散热领域具有良好的应用前景。     

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。     

铜/环氧复合材料导热性能的三维数值模拟研究

通过数值模拟手段研究了铜/环氧树脂复合材料的导热性能。利用ANSYS/APDL参数化有限元分析技术,建立了铜颗粒随机分布的三维模型,研究了模型尺寸、铜颗粒的体积分数、粒径分布、颗粒尺寸、颗粒形貌以及颗粒在基体中的排列方式对导热系数的影响。模拟结果表明,当导热模型边长大于100μm时,复合材料的导热系数趋于稳定;铜/环氧复合材料导热系数随铜颗粒体积分数的增加而增加,且增加的幅度越来越大;填充相同粒径的颗粒和粒径服从正态分布的颗粒,材料的导热系数基本保持一致;复合材料的导热系数随颗粒尺寸的变化而波动;方形填料比球形填料更能提升材料的导热性能;填料在基体中排列方式不同,导热系数也不相同,填料沿热流方向定向排列时,增强作用显著。     

石蜡-膨胀石墨复合相变材料热导率研究

在石蜡（PA）中复合添加膨胀石墨（EG）是提高石蜡基相变材料导热性能的一种常见方法,准确预测PA-EG复合相变材料的热导率对于其应用十分重要。通过对EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料微观结构特征的分析,建立了基于EG纤维在PA中均匀分散的微观结构几何模型,数值模拟了完全均匀分散PA-EG单元体的相变过程,分析了EG质量分数及其粒径对PA-EG复合相变材料等效热导率的影响规律,并提出了可适用于不同制备方法的PA-EG复合相变材料热导率预测模型。模型预测结果与已报道EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料实验结果能较好吻合,误差小于15.1%。     

碳纳米管和纳米铝改性相变微胶囊的制备及特性

采用原位聚合法制备了以石蜡为芯材、三聚氰胺-甲醛-尿素树脂为壁材、复合纳米铝及羧基化短多壁碳纳米管(CNT)的改性相变微胶囊,测试了无添加剂、只复合纳米铝以及同时复合纳米铝和CNT的相变微胶囊的外观、粒径、过冷度、导热系数以及悬浮液物理稳定性。结果表明,改性微胶囊外观圆润,粒径有所增大,悬浮液48 h不分层;同时复合两种物质使过冷度从12. 7℃降低到5. 3℃,仅比芯材本身过冷度高0. 9℃,基本消除了低温放热峰,使热量几乎全在高温放热峰快速释放,其导热系数提高到0. 87 W/mK,提高了295. 45%。     

碳纳米管和纳米铝改性相变微胶囊的制备及特性

采用原位聚合法制备了以石蜡为芯材、三聚氰胺-甲醛-尿素树脂为壁材、复合纳米铝及羧基化短多壁碳纳米管(CNT)的改性相变微胶囊,测试了无添加剂、只复合纳米铝以及同时复合纳米铝和CNT的相变微胶囊的外观、粒径、过冷度、导热系数以及悬浮液物理稳定性。结果表明,改性微胶囊外观圆润,粒径有所增大,悬浮液48 h不分层;同时复合两种物质使过冷度从12. 7℃降低到5. 3℃,仅比芯材本身过冷度高0. 9℃,基本消除了低温放热峰,使热量几乎全在高温放热峰快速释放,其导热系数提高到0. 87 W/mK,提高了295. 45%。     

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%。     

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。