石墨烯增强复合相变储能材料的热学性能研究

以铁尾矿多孔陶瓷为载体,通过自发浸渗法成功制备出了添加石墨烯的复合相变储能材料,并对该材料热学性能及稳定性进行测试。结果表明:通过改变载体孔隙率,可以制得导热系数为0.41~0.59 W/(m·K)、潜热为69~120 kJ/kg、热学稳定性良好的导热增强复合相变储能材料。通过拟合,复合相变储能材料的导热系数与多孔载体的孔隙率呈线性关系,且经100次热循环后材料熔化潜热和导热系数分别降低了3.2%和16.7%。本研究为固废铁尾矿在蓄热、储能领域的应用提供了新思路。     

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。     

多孔纤维相变调湿材料的制备与性能研究

选取矿渣纤维作为多孔材料,通过Na OH溶液对其进行表面改性,使其光滑表面形成无规则新生产物富硅铝层,从而使吸附性能增强。分别选择Na2SO4·10H2O、复配石蜡、二元脂肪酸癸酸(CA)-月桂酸(LA)作为相变材料,采用真空浸渍法对不同压力、浸渗时间、材料比例条件下制备的复合多孔相变矿渣纤维进行了试验研究。通过差示扫描法、吸放湿平衡曲线法对复合材料温湿性能进行测试,利用扫描电镜对其形貌、结构进行分析。结果表明:复合石蜡/纤维在97%湿度环境下最大平衡含湿量达9.3%,其相变温度为27.54℃,相变潜热为105.6 J/g,具有良好的调温调湿效果。     

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。     

石蜡/介孔复合相变材料的制备及其热性能

以高岭土为原料,通过微波合成法制备比表面积大、孔容量高、孔径分布均匀的介孔材料;并以该介孔材料为载体,石蜡为相变材料,采用真空吸附法制备石蜡/介孔复合相变储能材料。以N2-物理吸附脱附法、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)测试介孔材料的微观结构,通过FTIR对复合相变储能材料的兼容性进行表征,DSC测定复合相变储能材料的热性能,扩散-渗出圈法确定复合相变储能材料的稳定性。结果表明,所制备的介孔材料比表面积为961.64 m2/g,孔容量为0.854 mL/g,平均孔径为2.78 nm;复合相变储能材料中石蜡的最佳质量分数为50%,相变温度为56.9℃,相变潜热为75.2 J/g;石蜡和介孔材料是简单的嵌合关系,复合相变储能材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

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。     

石蜡/MCM-41复合相变材料的结构及热性能

以石蜡为相变材料、SiO2介孔分子筛MCM-41为载体,采用溶液浸渍法制备了石蜡/MCM-41复合相变储能材料。应用SEM与TEM测试了复合材料的微观结构,利用TG-DSC测定了复合材料的相变温度、相变潜热及相变可逆性,通过FTIR对复合材料的兼容性进行了表征。实验表明,复合材料表面孔结构改善了相变可逆性,复合相变储能材料中石蜡的适宜质量分数为40%,相变温度为66.6℃,相变潜热为135.3 J/g。石蜡与MCM-41间是简单的嵌合关系,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

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。     

中高温复合相变储热材料的制备及性能研究

采用直接混合-压制-烧结工艺,制备了以碳酸钠-碳酸钾、碳酸钠-氯化钠、碳酸钠-氯化钠-氯化钾为相变材料的中高温复合相变储热材料。采用差式扫描量热法(DSC)、重量法和热循环法对中高温复合相变储热材料的相变峰值温度、相变潜热、热稳定性等性能做了表征。实验结果表明,以碳酸钠-氯化钠-氯化钾三元熔盐作为相变材料制备中高温复合相变储热材料,相变峰值温度为567℃,相变潜热高,是碳酸钠-碳酸钾二元熔盐的2.7倍,在750℃以下有较好的热稳定性,且具有较好常温力学性能。     

癸醇-棕榈酸/膨胀石墨低温复合相变材料的制备与性能

为了寻求温度段在2～3℃的低温相变材料,采用低共熔法,以理论计算为基础制备了癸醇-棕榈酸(DA-PA)二元复合相变材料。为提高其热导率,利用膨胀石墨(EG)的多孔特性,制备了最佳质量比为15∶1的DA-PA/EG复合相变材料。通过DSC、步冷曲线、红外光谱测试、SEM、Hot Disk热常数分析、高低温循环实验对复合相变材料的结构和性能进行了研究。实验结果表明,当DA-PA质量比为97.8∶2.2时的低共熔温度为2.9℃,相变潜热为203.6 J·g-1。真空吸附后DA-PA被均匀地包裹在EG的多孔网状结构中,DA-PA/EG的相变温度为2.7℃,相变潜热为193.9 J·g-1,热导率为1.416 W·(m·K)-1,相比DA-PA提高了4.3倍。经过100次高低温循环后,DA-PA/EG仍保持良好的稳定性,在冷链物流中有较大的应用价值。     

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。     

复合相变蓄热材料研制及性能分析

制备了一种复合相变蓄热材料,该蓄热材料是由两种相变材料(硬脂酸和石蜡油)组成,通过物理吸附的方法将其复合在固态支撑材料中,通过实验分析了所研制的蓄热材料的相变点、相变热、热稳定性及微相结构等性能。测试结果表明该蓄热材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性。     

硬脂酸/MCM-41复合相变材料研究

以硬脂酸为相变材料,介孔分子筛MCM-41为载体,采用溶液浸渍法制备了硬脂酸/MCM-41复合相变储能材料。应用SEM和TEM测试了复合材料的微观结构,利用TG-DSC分析了复合材料的相变温度、相变潜热及相变可逆性,通过FT-IR对复合材料的兼容性进行了表征。结果表明,复合材料表面具有多孔结构,改善了复合材料的相变可逆性,复合相变储能材料中硬脂酸的最大质量分数为50%,相变温度为57.8℃,相变潜热为276.4 J/g。分析表明,硬脂酸与MCM-41间是简单的嵌合关系,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

NaNO3/SiO2复合定形相变材料的溶胶-凝胶法制备与表征

以硅酸钠和硝酸为原料,采用溶胶-凝胶法制备了硝酸钠/氧化硅(NaNO3/SiO2)复合定形相变材料,分析了材料的组成、物相、热稳定性和相变性能. 结果表明,原位生成的NaNO3作为相变物质分散在载体SiO2的多孔网络结构中形成定形相变材料,仅是NaNO3与SiO2的物理复合,制备和焙烧过程中都没有产生新物质. 材料在低于600℃时具有良好的热稳定性,融熔热和结晶热分别为144.1和142.6 kJ/kg,融熔和结晶温度分别为302.3和301.2℃. 经100次热循环后,材料的相变热和相变温度基本保持不变.     

硫酸钠水合盐相变蓄冷材料的制备及性能优化

针对空调系统应用场合,提出一种以十水硫酸钠（sodium sulfate decahydrate,SSD）为主材的相变蓄冷材料新型制备配方,并对材料的各方面性能加以优化。首先采用步冷曲线法确定成核剂比例,消除材料过冷现象,在此基础上研究分析了不同种类、含量的增稠剂[聚丙烯酸钠（PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素（CMC）、聚阴离子纤维素（PAC）、黄原胶（XG）]对材料相分离及相变潜热的影响,接着加入熔点控制剂氯化铵、氯化钾改变十水硫酸钠的相变温度,调配出满足空调温区的相变材料,最后加入膨胀石墨（expanded graphite,EG）进一步改善材料的导热性和稳定性,并进行了热循环测试。结果表明：添加质量分数3%的硼砂对降低材料过冷度效果最佳;添加质量分数1.0%~2.0%的PAAS可以消除材料的相分离现象,且对材料的相变潜热影响较小。SSD-BPA∶EG质量比为93∶7时材料具有较高的导热性和形状稳定性。经优化后复合相变蓄冷材料的相变温度为7.4℃,相变潜热为117.4J/g,热导率为1.876W/(m·K),经200次循环后材料的相变温度保持稳定,潜热衰减率为14.05%。     

碳酸盐复合蓄热材料的制备及热物性研究

以二元碳酸盐（Li₂CO₃-K₂CO₃,BC,62：38,摩尔比）和三元碳酸盐（K₂CO₃-Li₂CO₃-Na₂CO₃,TC,1：2：1,摩尔比）为相变材料,以氧化镁为基体材料,通过混合烧结法制备陶瓷基复合蓄热材料。二元碳酸盐复合材料（BCC）和三元碳酸盐复合材料（TCC）的熔点与相应混合碳酸盐的熔点相近,分别为465.1℃和386.4℃,并在其最高使用温度（800℃）范围内维持较高的比热容;且复合材料的潜热值均大于150.0 J/g。基于XRD和SEM的表征分析,两种复合蓄热材料具有较好的化学稳定性,且基体材料能很好地混合支撑相变材料。两种复合材料分别进行50次热循环,其热物性参数没有发生明显变化,具有较好的热循环稳定性。     

定向生物质多孔碳复合相变材料的制备及其热性能研究

针对石蜡热导率低以及易泄漏等问题,以生物质木头多孔碳作为导热填料骨架,利用壳聚糖改性木头多孔碳在其竖向孔道中生长碳薄片形成分级多孔网络结构,并与石蜡复合制成定形复合相变材料（PCC）。结果表明,由于分级多孔网络骨架的引入,PCC的定形效果好,无明显泄漏,其相变焓值为126.9 J/g,经100次熔化凝固循环测试,其相变温度和焓值均无明显变化,具有良好的循环稳定性。PCC的导热性能具有较大提高,且呈现明显的各向导热异性,平面外和平面内热导率分别为0.67和0.41 W/(m·K)。此外,通过模拟太阳光进行光热实验,发现PCC具有良好的光热转换性能。本复合相变材料在储热以及热管理领域具有应用前景。     

Preparation and thermal characterization of expanded graphite/paraffin composite phase change material

Expanded graphite (EG)/paraffin composite phase change materials (PCMs), with mass fraction of EG varying from 0 to 10 wt.%, were prepared and characterized. Polarizing optical microscope investigation showed that compact EG networks formed gradually with increase in the mass fraction of EG. These networks provided thermal conduction paths which enhanced the thermal conductivity of the composite PCMs, e.g., an addition of 10 wt.% EG resulting in a more than 10-fold increase in the thermal conductivity compared to that of pure paraffin. Thermal characterization of the composite PCMs with a differential scanning calorimeter (DSC) revealed the effect of the porous EG on the phase change behavior of paraffin. The shifts in the phase change temperatures were observed. The maximum deviation of the melting/freezing points of the composite PCMs from that of pure paraffin was 1.2 °C whereas that of the peak melting/freezing temperature was 5.6 °C. The DSC investigation also showed an anomaly in the latent heat of the paraffin in the composite PCMs in that it first increased and then decreased with increase in the EG fraction. Heat storage/retrieval tests of the composite PCMs in a latent thermal energy storage system showed that the heat storage/retrieval durations for EG(10)/paraffin(90) composite were reduced by 48.9% and 66.5%, respectively, compared to pure paraffin, which indicated a great improvement in the heat storage/retrieval rates of the system.