生物质碳化衍生物强化相变材料各向热导率的研究进展

相变材料由于具有较高的潜热值和良好的温度控制性能,已经被广泛应用于建筑节能、余热废热回收、电池热管理、太阳能热能储存等领域。然而,相变材料在固-液相变过程中的泄漏和导热性能差等缺点限制了它们的进一步发展。生物质碳化衍生物具有的多孔微观结构和良好的导热性克服了相变材料相变时的液漏和自身导热能力差等问题,成为相变材料良好的载体选择。由于生物质碳化衍生物多孔碳材料具有各向同性和各向异性的结构,因此,生物质碳化衍生物多孔碳材料强化相变材料的热导率分为各向同性热导率强化和各向异性热导率强化。     

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。     

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。     

正十八烷/OBC/EG复合定型相变材料制备及热物性

针对正十八烷相变易泄漏的问题,采用烯烃嵌段共聚物（olefin block copolymer,OBC）作为封装结构,制备复合定型相变材料。并通过添加膨胀石墨（expanded graphite,EG）,改善其热导率低的问题。研究结果表明,当OBC的质量分数为20%时,复合相变材料未发现明显泄漏,定型效果较好,此时复合相变材料的相变焓为166.87 J/g,相较纯十八烷（227.40 J/g）下降26.62%。针对添加有不同质量分数EG的复合相变材料,其热导率随EG含量的增加而增大。其中当EG质量分数为5%时,复合相变材料热导率为4.179 W/(m?K),较纯相变材料热导率[0.24 W/(m?K)提高了约16倍,即EG能够有效提高复合相变材料的导热性能。此外,5%含量下的复合相变材料相变焓约为149.54 J/g,且在经历50次循环后,相变温度和相变焓均未有明显变化,即制备的复合相变材料具有较好的热稳定性。因此,该复合相变材料在建筑节能方面具有应用潜力。     

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。     

癸酸-石蜡/石墨烯气凝胶定形相变材料的制备及热物性分析

随着碳中和理念的逐步推进,调整能源供应政策,倡导低碳生活,可推动全社会的绿色发展,采用相变材料（PCMs）储存和释放热量,能够有效地利用可再生能源,可减少化石燃料带来的CO₂释放问题。本文利用石墨烯气凝胶作为相变材料的载体,分别采用不同比例的癸酸/石蜡进行有机相耦合,制备了一系列高封装率、低渗漏率的石墨烯定形相变材料。研究发现当石墨烯气凝胶定形相变材料中癸酸/石蜡为7∶3时,相变焓达到202.91J/g。经过200次循环后复合材料的相变潜热变化量在4.25%以内,渗漏率仅为3.20%。采用DSC、TG、XRD、SEM对材料进行微观结构分析说明,石墨烯气凝胶改善了相变介质的形状稳定性,有效地阻止了相变过程中耦合的有机相泄漏,使材料储放热稳定,增强了导热作用,具有良好的应用前景。     

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。     

石蜡的聚烯烃定形包覆研究

低熔点石蜡为芯材,聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯3种高分子材料作支撑材料,以加热熔融的方法制备了3种定形复合相变材料,确定了3种高分子材料对潜热为222.01 kJ/kg的17℃石蜡的最大包裹量分别为w(石蜡)=46%、51%、73%。用差示扫描量热仪对3种定形复合相变材料进行了测定,分析了所制备的定形复合相变材料的相变温度、相变潜热、热稳定性等性能。结果表明,石蜡经过高分子材料包覆之后,其相变温度有所降低,相变焓值有所提高,而且该定形相变材料可以加工成粉体材料,进一步拓展了产品的应用领域。     

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。     

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。     

TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料蓄热过程数值模拟及实验

传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面（triply periodic minimal surface,TPMS）多孔铝-石蜡复合相变材料的三维、瞬态包含自然对流的相变蓄热模型,利用数值仿真结合实验的方法研究了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料在蓄热过程中的固液相界面演变规律、实时温度变化、热传输特性以及蓄热性能。结果表明,在纯石蜡中添加primitive杆状（primitive sheet,PS）、primitive壳状（primitive network,PN）两种TPMS多孔铝结构后,石蜡相变温度范围内出现明显的相变温度平台,PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的相变起始时间较纯石蜡分别减少了74.1%与91.4%,竖直方向上的最大温度梯度由纯石蜡的1605.7℃/m分别下降至PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的840℃/m、943.8℃/m,蓄热速率较纯石蜡分别提高3.10倍、4.69倍。最后,通过选区激光熔化（selective laser melting,SLM）技术成型了PS、PN多孔铝结构,并采用浇筑法制备了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料样品,利用可视化实验平台对仿真结果进行实验验证,发现仿真结果同实验吻合较好。     

Large-Scale Fabrication of Flexible EVA/EG@PW Phase Change Composites with High Thermal Conductivity for Thermal Management

The working electronic devices and batteries generate a lot of heat, if this heats not release quickly, it will not only have a great impact on the performance of the devices, but also cause certain safety hazards. The passive thermal management based on organic phase change materials (PCMs) stands out due to its excellent temperature regulation capability as well as the buffer protection capability for device overload. In view of these, a series of flexible EVA/EG@PW (EE@P) phase change composites (PCCs) with high thermal conductivity are prepared by efficiently constructing porous skeletons and thermal conductive pathways through sacrificial template method, and introducing paraffin wax (PW) by simple vacuum impregnation technique. The PCC exhibits high thermal conductivity (2.6 W m⁻¹ K⁻¹), high enthalpy (153.5 J g⁻¹), and good flexibility. In addition, the PCC possesses excellent cycling stability and thermal stability. In practical application, the PCC shows good temperature control ability for LED and shows great potential application in the field of thermal management.     

多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料定型封装及热性能研究

以微米级SiC粉为原料,采用冷冻干燥工艺制备具有连贯层状孔结构的SiC陶瓷。以多孔SiC陶瓷为基体,石蜡为相变芯材,通过真空浸渍法制备多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料,研究了石蜡在层状多孔SiC陶瓷内的浸渗行为及复合材料的储热性能。结果表明,层片状多孔SiC陶瓷的显微形貌对石蜡的浸渗过程及储热性能有明显影响。当石蜡负载量为21.7%(质量分数)时,复合相变材料熔融温度为59.6 ℃,凝固温度为53.9 ℃,相变潜热为28.4 J/g,室温下的热导率为2.4 W·(m·K)^-1。复合相变材料吸热峰和放热峰强度随着石蜡负载量减少而降低,当温度为200 ℃时,多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料失重为5%(质量分数),表明材料具有良好的热稳定性。复合相变材料在100 ℃热处理30 min后陶瓷基体未发生形变,经100次热循环后具有稳定的相变潜热和良好的定型能力。     

光热转换材料在相变储能领域的研究进展

相变储能是热储能的一种,即利用相变材料的储热特性来储存或释放热量,达到调控温度的效果。但相变材料往往不具备光吸收能力,不能及时收集太阳光,导致其光热转换效率较低。将相变材料与光热转换材料复合可以在增强吸光能力的同时将获得的能量存储在相变材料中,赋予复合相变材料高光热转换能力。该文对光热转换材料进行了分类,介绍了其光热转换机理、对紫外光-可见光-近红外光的吸收能力以及在相变领域的应用。此外,还阐述了光热复合相变材料 的复合策略,包括浸渍法、溶胶-凝胶法、涂层法和改性微胶囊法,分析表明,不同复合策略下制备的光热复合相变材料的光吸收能力、导热系数、光热转换效率几乎都得到了提高。因此,将光热转换材料拓展到相变储能领域将进一步优化太阳能资源。     

基于聚多巴胺包覆的光热相变纳胶囊的制备及性能

以正十八烷（n-OD）为芯材，二氧化硅（SiO2）和聚多巴胺（PDA）为复合壁材，采用界面水解缩合法成功制备光热相变微胶囊n-OD@SiO2/PDA。采用FESEM、FETEM、FTIR、DSC、TG、UV-Vis-NIR和模拟光源等对所制备微胶囊的表面形貌、化学结构、热性能、光吸收性能和光热转换性能进行了分析和表征。在探究了不同芯材与硅源（正硅酸四乙酯）质量比对相变微胶囊储热性能影响的基础上，确定了以m(n-OD):m(TEOS)为2:1制备光热相变微胶囊。实验结果表明，所制备的光热相变微胶囊具有规整的表面形貌和明显的核壳结构，具有良好的耐热性能，复合壁材可以有效保护芯材。与相变微胶囊n-OD@SiO2相比，光热相变微胶囊仍具备良好的储热性能，其熔融热焓值为151.2 J/g，展现出较好的光热转换性能，其光热转换与存储效率为91.8%。     

Enhanced thermal performance of hybrid interface materials supported by 3D thermally conductive SiC framework

The rapid development of microelectronic integration technology is placing increasing demands on the safety performance of electronic devices. Excellent thermal interface materials (TIM) facilitate the dissipation of heat from electronic components, which ensures the safety of electronic equipment. In this work, a three-dimensional (3D) thermally conductive framework is constructed from carbon fibers to form silicon carbide (SiC) in situ. This is followed by vacuum impregnation with paraffin wax (PW) to produce phase change composites (PCCs). The results show that the SiC-based 3D thermally conductive framework has a hierarchical porous network structure, and the PCC indicates enhanced thermal conductivity and good anti-leakage properties. The thermal conductivity of PW @ CF1–Si1-1550 is 0.81 W K⁻¹m⁻¹, which is 4 times that of PW. In addition, the PCC also shows good thermal cycling properties, high thermal storage capacity (179.06 Jg^-1), and good insulation properties. The PCC as described in this paper as TIM have considerable application potential in thermal management.     

石墨烯气凝胶/二十烷相变材料的制备及性能研究

以氧化石墨烯（GO），二十烷（Eicosan）为原料，先采用胶体团聚法制备还原-氧化石墨烯气凝胶，再通过自扩散获得了还原氧化石墨烯气凝胶/二十烷复合相变材料,研究了复合材料与性能的关系。采用热重和差示量热扫描仪测试了二十烷和复合材料的热性能，确认了二十烷质量分数对复合材料的焓值的关系以及相变循环次数对材料稳定性的影响。结果表明：复合材料的焓值与二十烷的质量分数成正比；经过50次相变循环后，PCM4仍然保持稳定性。导热性能分析表明, 还原氧化石墨烯气凝胶可以改善二十烷的热导率。此外，通过太阳光模拟测试，计算出复合材料的光热转换效率为55%。     

新型六水氯化镁-六水硝酸镁/石墨相氮化碳复合相变材料的制备及其热性能研究

我国青海盐湖镁资源的利用率低,带来严重的资源浪费和环境污染,若将镁盐开发为相变储热材料,则可扩大其应用领域,从而促进镁盐资源的充分利用。针对中低温保温隔热的应用需求,在前期工作基础上,选用MgCl₂·6H₂O-Mg（NO₃）₂·6H₂O（MCH-MNH）质量比为41∶59的共晶盐作为相变材料,为降低其过冷度并提高隔热性能,选用多孔介质石墨相氮化碳（g-C₃N₄,CN）作为支撑材料,制备低热导率的MCH-MNH/CN复合相变材料。先将尿素在550℃高温下煅烧得到多孔的CN,再采用吸附法制备出MCH-MNH/CN复合相变材料,并对复合相变材料的形貌、结构与热性能进行了表征和测量。结果表明,共晶盐相变材料均匀地吸附在CN的微孔结构内,其与CN的复合是一个物理过程,没有发生化学反应;复合相变材料的相变温度为55.2℃,相变焓值为92.7 J/g,几乎没有过冷度,其热导率为0.3 W/（m·K）,仅是共晶盐MCH-MNH的一半,提高了隔热性能。此外,复合相变材料还具有良好的热稳定性,在中低温保温隔热领域具有应用前景。