月桂酸-膨胀石墨复合相变储热材料的性能研究

以月桂酸为相变材料,膨胀石墨为支撑结构,利用微孔吸附法制备了月桂酸/膨胀石墨复合相变储热材料。采用扫描电镜分析(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和差示扫描量热分析(DSC),对复合相变储热材料的结构与性能进行了表征。结果表明,月桂酸被吸附到膨胀石墨的微孔中,但对膨胀石墨的多孔结构及层间距影响不大。同时,月桂酸/膨胀石墨复合材料的相变温度与月桂酸一致,其焓值与复合相变材料中月桂酸的百分含量与纯月桂酸焓值的乘积相当。     

膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变材料储热的性能

以三水乙酸钠（SAT）为基材,添加具有多孔网状结构的膨胀石墨（EG）制备复合相变材料。使用扫描电子显微镜、温度数据采集仪、差示扫描量热仪、Hot Disk热常数分析仪等对材料进行结构观察及相关热物性测试,研究膨胀石墨对三水乙酸钠的热物性影响。结果表明,膨胀石墨不能减小三水乙酸钠的过冷度,但可大幅提高材料热导率,对材料潜热值、相变温度影响较小,能减轻三水乙酸钠的相分离现象且能提高其循环稳定性。对于基材为三水乙酸钠的相变材料,膨胀石墨添加量为7%时,复合材料吸附情况最好。当复合材料配比为7% EG+1%十二水磷酸氢二钠+SAT时,相比于纯SAT相变材料,过冷度减小约49℃,热导率提高将近1倍,相变潜热影响幅度3.14%,相变温度基本不变;50次循环后,相变潜热影响幅度保持在1.4%以内,循环稳定性较好,具有较好的应用前景。     

硬脂醇/膨胀石墨复合相变材料的制备及储热性能

相变储热技术是解决热量在时空上分配不平衡问题的有效手段之一,研制高性能的复合相变材料（phase change material, PCM）成为当前研究者关注的重点。硬脂醇（stearyl alcohol, SAL）等有机PCM目前主要存在热导率偏低以及循环稳定性较差等问题而限制了实际应用。以SAL作为PCM,膨胀石墨（expanded graphite, EG）为高导热多孔基质,采用吸附定形工艺制备了16种SAL/EG复合PCMs[EG含量为7%、14%、21%、28%（质量）;样品密度为700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³、1000kg/m³]。对复合PCMs样品的微观结构、储热能力、导热性能、循环稳定性及充放热性能进行研究与分析。结果表明：SAL完全填充于EG的多孔网络。当样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的水平热导率最高,其值为28.58W/(m ? K),相比于纯SAL[0.38W/(m ? K)]提高了74倍,该值大约是相对应垂直热导率[5.99W/(m ? K)]的4.8倍。另外在构建的充放热性能试验台上研究了样品中心位置的储/放热性能,结果显示样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的样品充放热速率最大,固-液潜热吸热和放热阶段所经历的时间分别为53min和20min。与此同时验证了样品的导热性能和熔化-凝固特性,说明SAL/EG复合PCMs具有稳定可靠的储/放热性能。     

硝酸盐/膨胀石墨复合相变材料的热性能

选用熔点为131.1℃、相变潜热值为170.2J/g的40%(质量分数,下同)LiNO_3-60%KNO_3二元混合硝酸盐作为相变材料,选用高导热性、高比表面积、化学稳定性及热稳定性良好的膨胀石墨(EG)作为载体材料,采用磁力搅拌法制备得到LiNO_3-KNO_3/EG复合相变储热材料,并对其进行微观形貌表征、热物理性能测试、热稳定性研究及热性能分析。结果表明:混合熔盐较好地渗入到EG的多孔骨架结构中,且整体分散较为均匀,未出现混合熔盐团聚的现象;由于EG的强化传热、异相成核作用和微孔内压力变化的综合作用,导致样品的熔点和凝固点均有所降低,其中凝固点温度降低较多;EG的加入显著提高了样品的热导率;10%EG的加入使复合材料中较易分解的KN03的分解温度由380℃上升到430℃,扩大了相变材料的应用范围。     

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%。     

膨胀石墨/有机质复合相变材料的制备及性能

以膨胀石墨为支撑材料,石蜡、十六酸和硬脂酸为相变主材,采用熔融共混法制备复合相变材料,并对材料的热-电性能进行测试分析。结果表明,在3种有机质中分别添加7%、9%和11%的膨胀石墨,并在4MPa下压制成型,分别在65℃、70℃和75℃的烘箱中充热30min,有机质均未出现泄漏;相比3种纯有机质,复合相变材料的充热时间分别缩短32s、622s和231s,其放热时间分别缩短1040s、1327s和1311s。充热时复合材料的升温速率比固态下的纯有机质快,放热时复合材料全过程都比纯有机质降温速率快;经过60次热循环之后质量损失率均小于0.05%;成型后的复合材料充热时,温度场分布均比纯有机质均匀,放热时温度场分布基本一致,但成型对复合材料的温升有所抑制;复合材料的热导率分别比对应的有机质提高10.12～11.19倍、9.00～15.50倍和5.58～6.76倍;在2～8MPa时,复合材料的电阻率分别在0.092～0.150Ω·cm、0.058～0.146Ω·cm和0.020～0.041 Ω·cm之间,均小于1Ω·cm,说明制备的复合相变材料具有良好的热-电性能。     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。     

膨胀石墨相变储热复合材料的制备及性能研究

利用石墨高温膨胀得到多孔高吸附性膨胀石墨,吸附石蜡相变材料,制备了膨胀石墨石蜡相变储热复合材料。采用扫描电镜、差示扫描量热分析对复合材料的结构和性能进行了表征,研究了其储热释热行为。结果表明,在900℃时保持32 s膨胀后可得到适宜的膨胀石墨,吸附适量石蜡时仍保持定型特性,石墨的添加改善了复合材料的导热性能,提高了相变...     

膨胀石墨/石蜡复合相变材料的导电及发热特性

采用混合搅拌方法制备膨胀石墨（EG）/石蜡复合相变材料,测试分析了EG含量、施加电压与EG/石蜡复合相变材料体积电阻率的关系,研究了直接自发热和正温度系数（PTC）电阻发热时复合相变蓄热单元的发热特性。结果表明,随着EG含量或施加电压的增大,复合相变材料体积电阻率逐渐减小;施加电压对样品体积电阻率的影响与复合相变材料中EG含量有关,EG含量越高,施加电压对复合相变材料体积电阻率的影响越明显。当施加电压为4.0V时,EG质量分数分别为4%、5%、8%的复合相变材料体积电阻率分别只有0.5V时的0.481倍、0.185倍、0.068倍。基于复合相变材料导电特性,直接负载电压可实现复合相变材料电热转化和相变蓄热;结合PTC电阻发热可灵活控制复合相变蓄热单元加热功率,实现其快速充热。     

复合相变储热材料的研究与发展

系统概括和评述了复合相变材料的制备方法及其研究进展，并介绍了研制有机／无机纳米复合相变储热材料的创新思路及初步研究成果，提出，有机／无机纳米复合技术是制备高性能复合相变储热材料的新途径。     

高导热膨胀石墨/棕榈酸定形复合相变材料的制备及储热性能研究

采用棕榈酸(palmitic acid, PA)作为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite, EG)作为添加基质,通过“熔融共混-凝固定形”工艺制备了PA/EG定形复合相变材料以提高相变材料的综合性能。预测并制备了21种不同配比的定形复合相变材料,对其形貌结构和孔隙率进行了微观表征与理论分析,并在此基础上对样品进行了传热性能分析、热物性测试、热稳定性研究和储热性能分析。SEM形貌分析显示所使用工艺可使棕榈酸能较好地被吸附于膨胀石墨的孔隙结构并使之均匀分布;DSC测试结果表明定形复合相变材料[70%(质量) PA]的焓值为193.01 J/g,纯PA的焓值为275.35 J/g,对应于熔点分别为61.08℃和59.53℃。EG的添加,可有效提高相变材料的热导率。当样品密度为900 kg/m³,EG含量为30%(质量)时,定形复合相变材料的热导率为14.09 W/(m·K),相比于纯PA[0.162 W/(m·K)]提高约87倍;对制备的样品进行50次循环稳定性实验,EG含量为24%(质量)和30%(质量)的样品形态均未出现明显变化,表现出良好的充放热循环稳定性。     

高导热膨胀石墨/棕榈酸定形复合相变材料的制备及储热性能研究

采用棕榈酸(palmitic acid, PA)作为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite, EG)作为添加基质,通过"熔融共混-凝固定形"工艺制备了PA/EG定形复合相变材料以提高相变材料的综合性能。预测并制备了21种不同配比的定形复合相变材料,对其形貌结构和孔隙率进行了微观表征与理论分析,并在此基础上对样品进行了传热性能分析、热物性测试、热稳定性研究和储热性能分析。SEM形貌分析显示所使用工艺可使棕榈酸能较好地被吸附于膨胀石墨的孔隙结构并使之均匀分布;DSC测试结果表明定形复合相变材料[70%(质量) PA]的焓值为193.01 J/g,纯PA的焓值为275.35 J/g,对应于熔点分别为61.08℃和59.53℃。EG的添加,可有效提高相变材料的热导率。当样品密度为900 kg/m3,EG含量为30%(质量)时,定形复合相变材料的热导率为14.09 W/(m·K),相比于纯PA [0.162 W/(m·K)]提高约87倍;对制备的样品进行50次循环稳定性实验,EG含量为24%(质量)和30%(质量)的样品形态均未出现明显变化,表现出良好的充放热循环稳定性。     

石墨纳米片尺寸对复合相变材料储热特性的影响

为了探究二维纳米材料的尺寸对复合相变材料储热特性的影响, 将膨胀石墨分别超声振荡10、30和90 min, 得到3种不同尺寸的石墨纳米片:GNS-10、GNS-30、GNS-90, 添加到十六醇中制备出纳米复合相变材料。利用SEM、XRD和Hot Disk等方法对其微观结构和性能进行表征和测试的同时, 对比研究了Maxwell、Bruggeman及Nielsen模型对热导率的计算结果。结果显示, 石墨纳米片尺寸越大, 对复合相变材料热导率的提升幅度越大。当GNS-10添加量为10%(质量分数)时, 热导率提升了约517%。Nielsen模型在形状因子A取100~180时可以较好地预测实验值。与大幅增长的热导率相比, 复合相变材料相变温度、相变焓的变化可忽略不计。此外, 石墨纳米片的加入明显缩短了储热材料的凝固速率, 有效热导率的提高是产生这种效果的主要原因。     

石蜡/膨胀石墨定形相变材料的性能

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构,通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块。采用差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk 热常数分析仪等对复合相变材料进行了结构和性能的表征与测量,建立了冷/热循环实验系统以分析材料的蓄/放热性能等。结果表明:石蜡质量分数为80%的定形相变材料相变温度为27.27℃,相变焓为156.6 kJ·kg^-1。制备的定形相变材料具有相变过程形状稳定、热导率高、储热密度大等特点,并具有良好的稳定性和较长的使用寿命。     

硬脂醇@Co3O4/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能

以硬脂醇(SAL)作为相变材料、Co3O4/膨胀石墨(EG)作为支撑材料,通过熔融共混-压制成型制备了一种复合相变材料(PCMs)SAL/Co3O4/EG-P.EG的添加用于改善PCM的导热性能,同时采用ZIF-67煅烧后得到的Co3O4对其进行了化学改性.采用SEM对Co3O4/EG-P的结构进行表征.结果表明,Co3O4/EG具有三维耦合网络和分级多孔结构,EG可以有效防止金属有机骨架衍生材料结构的坍塌和团聚.采用SEM、DSC和红外成像仪对复合PCMs的形貌和热性能进行了分析.结果表明,随着Co3O4和EG的质量比从1:1到1:8,复合PCMs的导热系数呈现上升趋势.当m(Co3O4):m(EG)=1:8时,复合PCMs的熔化温度为51.26℃,潜热为191.63 J/g,热导率大约是纯SAL〔0.248 W/(m·K)〕的47.5倍.而红外成像结果则验证了复合PCMs的瞬态温度变化与其热导率密切相关.     

膨胀石墨基相变储能材料的研究

利用膨胀石墨孔隙结构的吸附性能,制备了石蜡/膨胀石墨、聚乙二醇/膨胀石墨、十四醇/膨胀石墨相变储能复合材料,用差示扫描热量法研究了材料的热性能.结果表明,复合材料的相变潜热随着石蜡、聚乙二醇、十四醇含量的增加而增加.复合材料的导热性能随着石蜡、聚乙二醇、十四醇含量的增加而小.膨胀石墨的多孔结构对石蜡、聚乙二醇、十四醇有很好的吸附性能,石蜡、聚乙二醇、十四醇在固一液相变时,未见有液态石蜡、聚乙二醇、十四醇的渗出.     

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。     

月桂酸-膨胀石墨复合相变材料的制备及性能

以月桂酸为相变材料, 多孔石墨为骨架基体, 利用多孔石墨的物理吸附特性, 制备月桂酸-膨胀石墨定形复合相变材料。并通过实验对定形复合相变材料的基本性能、表面形貌及耐久性进行了研究。结果表明, 月桂酸被有效地包封在膨胀石墨的孔隙内;m_月桂酸:m_膨胀石墨=95:5时定形复合相变材料的相变温度45.45℃, 相变潜热125.30 J·g^-1;经100次冷热相变循环后, 复合相变材料损失量非常少, 表明月桂酸-膨胀石墨复合相变材料在实践中有良好的稳定性。     

改性碳气凝胶/石蜡复合相变储热材料的研究

将石蜡与墙体材料复合能降低建筑人居能耗,但其易泄漏的问题严重影响了复合相变储热材料的广泛应用,采用吸附能力强的碳气凝胶为吸附载体,有望解决复合相变材料容易泄漏的弊端。为进一步提高碳气凝胶吸附石蜡的性能,采用不同质量分数的三甲基氯硅烷对碳气凝胶表面进行改性,通过XRD、SEM与FT-IR等表征手段探究了碳气凝胶表面结构的变化规律。结果表明：改性过程中三甲基氯硅烷的—Cl—Si(CH₃)₃基团能与碳气凝胶表面的—OH发生枝接反应,该变化丰富了试样表面—CH₃数量,改善了制品的憎水性与孔结构,提高了其吸附非极性石蜡的能力;当三甲基氯硅烷的质量分数为30%时,改性碳气凝胶具有最佳的吸附性能,充分浸渍后能吸附85.87%的石蜡。经200次熔融-冷凝循环试验后,复合样品不仅未发生明显的泄漏现象,而且相变温度和相变焓均未发生显著变化。该研究制备的复合相变储热材料具有优异的稳定性与良好的隔热保温性能,为开发新型墙体隔热保温材料提供了新的思路。     

硝酸盐/膨胀石墨复合相变材料的热性能EI北大核心CSCD

选用熔点为131．1℃、相变潜热值为170．2J／g的40％（质量分数,下同）LiNO3-60％KNO3二元混合硝酸盐作为相变材料,选用高导热性、高比表面积、化学稳定性及热稳定性良好的膨胀石墨（EG）作为载体材料,采用磁力搅拌疰去制备得到LiNO3-KNO3／EG复合相变储热材料,并对其进行微观形貌表征、热物理性能测试、热稳定性研究及热性能分析。结果表明：混合熔盐较好地渗入到EG的多孔骨架结构中,且整体分散较为均匀,未出现混合熔盐团聚的现象;由于EG的强化传热、异相成核作用和微孔内压力变化的综合作用,导致样品的熔点和凝固点均有所降低,其中凝固点温度降低较多;EG的加入显著提高了样品的热导率;10％EG的加入使复合材料中较易分解的KNO,的分解温度由380℃上升到430℃,扩大了相变材料的应用范围。