纳米石墨烯片/石蜡复合相变蓄热材料的热性质研究

采用两步法,通过磁力搅拌和超声振荡,制备了以纳米石墨烯片GnPs为导热增强相的纳米GnPs/石蜡复合相变蓄热材料。红外光谱分析结果表明GnPs与石蜡之间未发生化学反应,仅是简单的物理复合作用。差示扫描量热分析(DSC)表明,复合材料的相变温度几乎保持不变,但其相变潜热随纳米GnPs含量的增加呈降低趋势,在质量分数为1%时,熔化和凝固过程的相变潜热较纯石蜡分别下降约9.6%和10.1%。此外,复合材料的导热系数随GnPs质量分数增加而增加,在质量分数为2%时,导热系数相对提高率为34.2%,表现出良好的强化导热效果。     

碳纳米管含量对纳米复合材料相变特性的影响

以多壁碳纳米管(CNTs)为填料,采用两步法制备了不同质量分数(0.1%~1.0%)的CNTs/石蜡复合相变材料,并对其相变特性进行了实验研究。研究表明,复合材料的相变温度几乎保持不变,但其相变潜热随碳纳米管含量的增加呈降低趋势,熔化时间和凝固时间随碳纳米管含量的增加逐渐缩短,在CNTs质量分数为1.0%时,复合相变潜热值下降了6.3%。熔化时间和凝固时间分别缩短了31.0%和25.5%。复合材料的固、液态导热系数随碳纳米管含量的增加而大幅度提高,在25℃,CNTs质量分数为0.5%时的复合相变材料的导热系数提高了13.2%,体现了良好的强化导热效果。此外,碳纳米管含量较小时,复合相变材料的粘度基本不受碳纳米管加入的影响。碳纳米管质量分数为0.5%和1.0%的复合相变材料的粘度比纯石蜡的粘度提高了1.0%和1.5%,说明碳纳米管含量是影响复合相变材料粘度的一个主要因素,进而影响复合材料的相变特性。     

基于太阳能供热的石墨烯/石蜡复合相变材料蓄放热特性实验研究

由于太阳能间歇性和不稳定性的缺点,给其在供热方面的应用带来了局限,采用相变储能法可改善太阳能供热应用的缺点。对此以石蜡为基液,向其中添加石墨烯通过"两步法"制备出石墨烯质量分数分别为0.1%、0.3%和0.5%的复合相变材料,搭建复合相变材料蓄放热实验台并记录数据。结果表明:在相同的实验条件下,石墨烯/石蜡复合相变材料随着石墨烯质量分数的增加,熔化速率也随之增加,在添加量为0.5%时增加了14.15%;凝固速率也随石墨烯质量分数的增加而增加,但效果不如熔化速率明显;复合相变材料在圆管外的蓄放热过程中,位于圆管底部的材料熔化与凝固效果均不理想。     

石蜡基碳纳米管复合相变蓄冷材料的热性能研究

针对石蜡导热系数低,传热性能差的缺点,采用向其中添加碳纳米管来改善其导热性能。实验制备了碳纳米管质量分数为1%、2%和5%的石蜡基复合相变材料,通过差示扫描量热仪和热传导系数仪研究了复合材料的相变性能,导热性能和稳定性。实验结果表明,随着碳纳米管质量分数的增加,复合材料的导热系数逐渐增大,相变焓有所减小。质量分数为5%的石蜡基碳纳米管复合材料相变温度为4~8 ℃,相变焓为137.6~142.7 kJ/kg,比纯石蜡下降了约18%,液态导热系数为0.28 W/(m?K),比纯石蜡提高了40%,稳定性较好,可作为蓄冷材料广泛应用于蓄冷系统。     

纳米铜修饰多壁碳纳米管/石蜡相变驱动复合材料的制备及热性能

以油胺为分散稳定剂,在石蜡中热分解甲酸铜-碳纳米管复合物前驱体,单步制备了纳米铜修饰多壁碳纳米管(Cu-MWCNTs)/石蜡复合材料。通过XRD、TEM和DSC对Cu-MWCNTs/石蜡复合材料的物相、微观形貌及相变行为进行了表征和分析,并对其热敏性、热膨胀性和热稳定性及影响因素进行了分析研究。结果表明:纳米Cu原位沉积在MWCNTs外壁上,粒径为2~35nm。与纯石蜡相比,Cu-MWCNTs/石蜡复合材料的相变温度和相变潜热均明显降低。Cu-MWCNTs含量为0.2wt%的Cu-MWCNTs/石蜡复合材料具有较短的升温时间,体膨胀率降低较小,且多次加热后稳定性较好,可作为此类热敏微驱动器的理想材料。     

膨胀石墨/石蜡复合相变材料的碳纳米管掺杂改性研究

为了制备兼具高相变潜热和高导热系数的膨胀石墨/石蜡(EG/PA)复合相变材料,使用真空浸渍法并通过碳纳米管(CNTs)掺杂对复合相变材料进行了改性。导热性能测试分析发现,当复合相变材料中石蜡质量分数较高时,CNTs掺杂可以有效地增强复合相变材料的导热系数,并且随着CNTs掺杂含量的提高复合相变材料的导热系数也逐渐增大,但是当CNTs掺杂量高于0.8%(质量分数)时导热系数增大速度变慢,因此优化的CNTs掺杂含量为0.8%(质量分数)。在此优化参数下,复合相变材料的熔化潜热从145.27 J/g变到144.39 J/g几乎没有变化,而导热系数从2.141 W/(m·K)提升至4.106 W/(m·K),提升了约1倍,并且在100次热循环之后仍然保持很好的储热能力,具有较好的热循环稳定性。     

石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能

为了提高环氧树脂的低温力学性能,采用石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNTs)协同改性环氧树脂,系统研究了石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料的室温(RT)和低温(77K)力学性能。结果表明:当石墨烯的质量分数为0.1wt%,MWCNTs的质量分数为0.5wt%时,纳米填料的加入可同时改善环氧树脂的低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度;在此最佳含量下,石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料在RT和77K时的拉伸强度皆达到最大值,比纯环氧树脂的拉伸强度分别提高了11.04%和43.78%。石墨烯和MWCNTs能协同提高环氧树脂的低温力学性能。     

基于复合相变散热的锂离子电池热管理实验研究

以纳米氮化硼(BN)为填料,制备不同质量分数的石蜡基纳米复合材料,对其进行热物性表征,并将该材料用于锂离子电池的热管理。实验结果发现,BN与石蜡之间为物理复合作用;复合材料的熔点和相变潜热随着BN含量增加均有所降低,复合材料导热系数发生转折的点对应于熔点;由于BN在石蜡中发生沉降,导致其含量为1%时复合材料热导率最大,为0.3386W/m·K。将1%的复合材料应用于锂离子电池的热管理,发现在3C和5C倍率放电条件下,电池表面最高温度较纯石蜡分别降低1.43℃和3.39℃,具有3.5%和7.6%的降温效果;最大温差分别降低0.24℃和0.35℃,比纯石蜡降低20%以上,电池表面温度更趋于均匀。因此复合相变材料在电池热管理上具有较好的应用前景。     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

石墨和碳纳米管掺杂对十四醇/SiO_2复合材料相变储热及导热性能的影响

采用石墨(GP)和多壁碳纳米管(MWCNTs)为导热剂,溶胶-凝胶法和超声法制备了十四醇/SiO_2/GP、十四醇/SiO_2/MWCNTs复合相变材料,研究了不同导热剂及含量对复合相变材料的相变及导热性能的影响。结果表明,导热剂掺杂量小于3.0%(wt,质量分数,下同)时对复合材料相变焓影响不大,并且0.7%含量的MWCNTs会增加相变焓。复合相变材料的导热性随着导热剂的掺入,材料的导热系数大幅度提升;当掺杂量超过5.6%时,MWCNTs对复合材料导热系数的提高优于GP。     

高导热定形聚乙烯/石蜡/膨胀石墨相变复合材料的研究

以高密度聚乙烯(HDPE)作为包覆材料,石蜡作为相变材料,膨胀石墨或鳞片石墨作为导热增强剂,通过熔融共混和热压制备了不同石蜡用量的定形相变储能材料。通过实验分析了所制定形复合储能材料的相变温度、相变潜热、热导率等性能。石蜡经过高密度聚乙烯包覆之后,相变焓值下降30%左右(石蜡含量65%(质量分数))。膨胀石墨和鳞片石墨的加入均能提高复合材料的热导率。膨胀石墨含量为10%(质量分数)时,样品的热导率与无导热增强剂样品相比较提高率为594%,而相同质量分数的鳞片石墨热导率提高率仅为83%。由此可见膨胀石墨对复合材料热导率的贡献远远大于同等质量分数下鳞片石墨的贡献。     

石蜡基碳纳米管复合相变材料热性能的研究

针对石蜡作为相变材料的改进研究,将多壁碳纳米管(CNTs)作为导热增强剂增加石蜡的导热系数。实验制备了CNTs用量为0.02%(wt,质量分数,下同)、0.05%和0.1%的石蜡/CNTs复合相变材料,通过差示扫描量热仪及导热系数仪分别对复合材料的相变特性和导热系数进行表征和测量。实验结果表明,复合材料导热系数随着CNTs用量的增加而提高,相变焓先增加后减小,CNTs用量为0.1%时,相变焓为152.8~157.9kJ/kg,较纯石蜡有所降低但变化不大,导热系数为0.487W/m·K(固态)和0.262W/m·K(液态),较纯石蜡分别提高21.14%和29.06%,稳定性较好,展现了良好的导热性能。     

抗静电碳系/聚酰亚胺复合薄膜的制备及表征

采用氧化石墨烯还原法制备了石墨烯(GR),同时采用混酸酸化法处理多壁碳纳米管(MWCNTs),以1%(wt,质量分数,下同)的GR和不同含量的酸化MWCNTs作为填料,通过超声搅拌分散-原位聚合法制得抗静电碳系/聚酰亚胺(GR-MWCNTs/PI)复合薄膜,并对复合薄膜的抗静电性能、热稳定性和力学性能进行表征。结果表明,2种碳系材料的添加可明显提高薄膜的导电性、机械性能和抗静电的效果,导电填料的添加对薄膜的热稳定性影响不大,在GR含量为1%,MWCNTs含量为2%时,在560℃时失重率约35%,电阻率为4.44×107Ω·cm,拉伸强度达到88.0MPa,断裂伸长率达到16.23%,拉伸强度和断裂伸长率分别比纯聚酰亚胺提高了122.4%和128.6%。     

石墨/石蜡复合相变储热材料的热性能研究

膨胀石墨(EG)在超声作用下解离成微米级石墨片层(MSGF),并加入到石蜡基体中制备得到石墨/石蜡复合相变储热材料,并对复合相变材料的结构和热性能进行表征。实验结果表明,该石墨/石蜡复合相变储热材料储热速率加快,化学性质稳定。随MSGF质量分数的增加,固态及液态复合材料的导热系数均呈非线性显著增长,相变温度及相变潜热略有降低。     

基于改性碳纳米管的有机硅导热复合材料的制备及其性能

通过3,4-二氟苯基双环己基乙烯(ECFB)液晶对碳纳米管(MWCNTs)进行功能化改性，并将ECFB-MWCNTs作为有机硅树脂的填料制备得到有机硅纳米复合材料。采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、差示扫描量热仪(DSC)、X-射线衍射仪(XRD)等多种表征方法，完整揭示了ECFB与MWCNTs之间的非共价键作用，采用扫描电子显微镜(SEM)、导热系数仪等对样品进行性能表征。结果表明ECFB液晶有利于改善MWCNTs在有机硅复合材料中的分散性，提高与有机硅基体之间的界面作用，进而有效提高有机硅纳米复合材料的导热性能。当碳纳米管质量分数为11%时，ECFB-MWCNTs/有机硅复合材料的导热系数为0.8101 W/(m·K),是纯有机硅橡胶的5.3倍，是相同比例的MWCNTs/有机硅材料的2.3倍，这也说明通过液晶对碳纳米管进行修饰改性在纳米复合导热材料中具有广阔的应用前景。     

粉煤灰-硅藻土复合相变储能材料制备及导热强化

固废资源化利用是实现节能减排的重要途径,以月桂酸为相变工作介质,以粉煤灰-硅藻土二元载体为封装材料,碳纳米管为导热剂,采用直接熔融共混法制备出月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管复合相变储能材料。采用热扩散渗透测试、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、无纸记录仪等分别考察了定形复合相变储能材料的承载性能、微观结构和热物性。结果表明:粉煤灰-硅藻土二元载体可有效防止月桂酸的泄漏,当二元载体中月桂酸的质量分数为28%时可制得无泄漏复合相变储能材料,且原样粉煤灰利用率为55%;FTIR结果表明复合材料中各组分之间相容性好;DSC测得其熔化相变温度为45.79℃,相变潜热为51.06 J/g;TGA分析显示月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管热稳定性较好;储/放热性能曲线显示加入质量分数为5%的碳纳米管时,复合相变储能材料的熔化与凝固时间分别减少60%和62.5%,传热效率得到显著改善。     

碳纳米管功能化改性聚偏氟乙烯介电复合材料的结构及性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体材料,再分别以酸化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)和未酸化多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,通过熔融法制备了不同填料含量的MWCNTs-COOH/PVDF及MWCNTs/PVDF介电复合材料。分别采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉伸性能测试、电性能测试、差示扫描量热分析(DSC)等方法系统研究了填料含量和碳纳米管酸化前后对复合材料的热性能、力学性能和电性能的影响。XRD测试表明,填料MWCNTs-COOH和MWCNTs的加入促进了PVDF中β晶的生成。力学性能分析表明,MWCNTs-COOH和PVDF形成的界面结合力更强,复合材料的力学强度更高,当MWCNTs-COOH的质量分数为12%时,复合材料的拉伸强度可达64.6 MPa,较纯PVDF提高了24%。介电性能分析表明:未酸化的多壁碳纳米管更容易在PVDF基中构成局部导电网络,促进电子位移极化,提高复合材料的介电常数,并在MWCNTs的质量分数为12%时达到渗流阈值,介电常数达到了286,是纯PVDF的36倍。DSC测试表明,随着填料的增加,介电复合材料的结晶温度、熔融温度和结晶度都相较于纯PVDF得到了提高。     

石蜡-泡沫铜复合相变蓄热材料热特性的研究

采用石蜡和泡沫金属铜,制备了泡沫金属铜填充量为15%的复合相变蓄热材料,并搭建了一套可视化实验系统,研究了复合相变蓄热材料在熔化过程中固液界面的变化过程。基于焓-多孔介质模型,对复合相变蓄热材料的熔化过程进行了数值模拟。研究结果表明:泡沫金属铜强化了复合相变蓄热材料的导热性能,复合相变蓄热材料的熔化时间较纯石蜡缩短了3.44%。泡沫金属的加入减小了复合相变材料的瑞利数,抑制了石蜡熔化过程的自然对流,但强化了底部导热性能,缩短了整体熔化时间,因此本文所研究的复合相变材料的熔化过程由导热和层流主导。模拟与实验结果吻合较好,纯石蜡与复合相变材料模型熔化时间分别快于实验结果19 s和28 s。均方根误差(RMSE)分别为0.0223和0.0179。     

膨胀石墨/石蜡/高密度聚乙烯导热复合定形相变材料传热行为的数值模拟

采用FLUENT软件,对膨胀石墨(EG)/石蜡/高密度聚乙烯(HDPE)导热增强型复合定形相变材料(PCM)的熔化凝固过程进行数值模拟。结果表明,相变材料在熔化过程中的传热方式以自然对流为主,凝固过程以热传导为主,凝固过程长于熔化过程;EG能够提高熔化和凝固速率,并分别提高了545%,554%,弥补了石蜡热导率低的缺陷。为了验证模型的有效性,通过实验获得了石蜡/HDPE随时间变化的液相体积分数,模拟数据与实验结果基本吻合。     

利用纳米石墨强化正癸酸-十四醇复合相变材料的导热性能

作为常用的有机相变材料,脂肪酸具有循环熔融/结晶稳定的热性能以及无毒、无腐蚀性等优点,但脂肪酸体系的导热系数(0. 1～0. 3 W·m~(-1)·K~(-1))低,限制了它的工业应用范围。为了提高正癸酸(CA)-十四醇(TA)复合相变材料的导热性能,本实验选用CA与TA物质的量比为7∶3的复合相变材料为基液,通过添加不同质量分数的纳米石墨制备出正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料体系。研究发现,当添加纳米石墨的质量分数为0. 1%～0. 9%时,能形成较为稳定的悬浮液。通过SEM、DSC和Hot Disk导热系数测定仪对复合材料的主要热物理性能进行表征,分析结果表明,正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料的导热系数相对原基液有较大幅度的提高,而相变潜热和相变温度没有太大变化。当添加纳米石墨的质量分数为0. 6%时,所制备的正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料的综合性能最佳,其固态和液态导热系数分别提高了39. 5%、35. 2%,相变温度和相变潜热分别为20. 42℃、154. 25 k J/kg,并且具有良好的热稳定性。