癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料的制备及性能

通过物理吸附法将癸酸-石蜡（CA-PC）二元低共熔混合物与膨胀石墨（EG）复合形成癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料，实验结果显示，CA与PC、CA-PC与EG的最佳质量配比分别为8.1∶1.9和7∶1。利用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析了定形相变材料的微观形貌和结构特点，发现CA-PC/EG的FTIR曲线上同时存在二元低共熔混合物和膨胀石墨的特征吸收峰，表明二元低共熔混合物与膨胀石墨之间没有发生化学反应，二者依靠表面张力和毛细力作用在一起，并且CA-PC二元低共熔混合物依靠物理作用被有效包封于EG的孔隙中，经过1000次加速冷热循环后，基本没有液态二元复合相变材料泄漏。通过差示扫描量热仪（DSC）得到CA-PC/EG的熔化温度和凝固温度分别为27.04℃和22.26℃，熔化潜热和凝固潜热分别为144.4J/g和133.7J/g，且EG的高导热性促进了CA-PC的蓄放热速率。同时，根据热重分析（TG）与蓄放热实验结果发现其拥有优良的热可靠性和耐热性能。因此，该CA-PC/EG定形相变材料是一种良好的低温储能材料。     

正辛酸-肉豆蔻酸低温相变材料的制备和循环性能

研制了一种用于相变温度在2~8℃的医药冷藏运输系统的二元有机复合相变材料,该材料由正辛酸与肉豆蔻酸按比例混合而成。首先通过理论计算预测二元混合物的共晶点,确定它的低共熔混合物的比例、相变温度以及潜热值,然后围绕共晶点比例配制了6种不同比例的混合物。使用步冷曲线法测得正辛酸与肉豆蔻酸的低共熔点温度为6.2℃,过冷度为0.5℃,其质量比为87：13。经过差示扫描量热仪（DSC）测得复合相变材料的相变温度为7.13℃,相变潜热为146.1J/g,热导率为0.2832W/（m·K）。对正辛酸-肉豆蔻酸复合相变材料进行40次、80次的循环充放冷实验,发现其相变温度和潜热值均未发生明显变化。实验结果表明,该材料在蓄冷系统尤其是医药冷藏运输系统中有着很大的应用潜力。     

十六酸-十四醇二元复合相变材料的制备及热性能研究

通过熔融共混法制备了一系列十六酸-十四醇共晶系,利用步冷曲线法和低共熔混合物相变温度理论计算确定十六酸-十四醇二元混合物最低共熔点的质量比为18∶82,共晶温度为34. 03℃,并且随着十六酸掺入量的增加,共晶系的过冷度逐渐下降。DSC和FT-IR测试结果表明,十六酸-十四醇最低共熔点的熔化温度为35. 90℃,相变潜热为122. 6 J/g,凝固温度为30. 46℃,相变潜热为119. 3 J/g,并且各组分之间无化学反应。从加速冷热循环结果来看,十六酸-十四醇共晶系具有良好的热稳定性。因此,该二元复合相变材料适用于建筑节能领域。     

癸酸-月桂酸二元复合相变材料的相变特性研究

采用“冷却曲线法”测试癸酸-月桂酸二元体系的凝固点,验证了施罗德公式用于储热配方设计的可行性。配制相变温度在25—30℃之间的、可以应用于建筑节能领域的复合相变材料,并对其相变温度和相变潜热进行差示扫描量热计（DSC）分析。     

粉煤灰基相变储能材料的制备及性能

粉煤灰（FA）是燃煤电厂排出的固体废弃物，具有较大的比表面积和较好的吸附活性，利用粉煤灰作为载体吸附相变材料（PCM）可以有效解决相变过程的泄漏问题。本文以正癸酸（CA）和十八醇（OD）为二元相变材料、FA为载体，采用真空吸附法制备了一种正癸酸-十八醇/粉煤灰（CA-OD/FA）定形相变材料（SSPCM），通过单因素和扩散-渗出圈实验分析了制备SSPCM的影响因素，包括PCM质量分数、吸附温度、吸附真空度和吸附时长。通过SEM、FTIR、XRD、DSC和TG等测试了SSPCM的结构及热性能，SEM的微观结构显示PCM均匀填充在FA的表面及孔隙内；FTIR和XRD测试结果表明三种材料之间并未发生化学反应且没有新物质产生；DSC测试表明SSPCM的相变温度和相变潜热分别为27.44℃和37.18J/g，有利于调节室内环境温度，可作为建筑储能材料使用；TG结果表明SSPCM在117.45℃以下不分解，具有良好的热稳定性；经500次的吸放热循环后，SSPCM仍具有良好的热可靠性和化学稳定性，因此该复合材料适用于建筑节能和热回收领域。     

聚乙二醇二元体系的相变特性研究

采用步冷曲线法和差示扫描量热法考察不同分子量聚乙二醇(PEG)及其二元相变体系的相变特性。结果表明,PEG分子质量和组分质量比对相变体系的相变温度和相变潜热有较大的影响,随着PEG分子量的增大,相变起始温度和相变峰温均呈升高趋势,相变潜热先升后降;二元相变体系PEG2000/PEG4000不同质量比步冷曲线均有明显的温度平台,结晶温度38.4~43.2℃,且变化趋势相近;DSC分析PEG2000/PEG4000相变温度和相变潜热均处于PEG2000和PEG4000单一组分范围之间,不同质量比时升温过程中双组分单独作用出现双峰,降温过程中双组分协同作用出现单峰。因此,将不同分子量PEG按一定质量比例共混可实现温度调控的相变材料。     

聚乙二醇二元体系的相变特性研究

采用步冷曲线法和差示扫描量热法考察不同分子量聚乙二醇(PEG)及其二元相变体系的相变特性。结果表明,PEG分子质量和组分质量比对相变体系的相变温度和相变潜热有较大的影响,随着PEG分子量的增大,相变起始温度和相变峰温均呈升高趋势,相变潜热先升后降;二元相变体系PEG2000/PEG4000不同质量比步冷曲线均有明显的温度平台,结晶温度38.4⁴3.2℃,且变化趋势相近;DSC分析PEG2000/PEG4000相变温度和相变潜热均处于PEG2000和PEG4000单一组分范围之间,不同质量比时升温过程中双组分单独作用出现双峰,降温过程中双组分协同作用出现单峰。因此,将不同分子量PEG按一定质量比例共混可实现温度调控的相变材料。     

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%。     

月桂酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

相变材料在蓄冷空调系统中具有广阔的应用前景。文中利用步冷曲线法绘制了月桂酸-正辛酸溶液的相图,找到了月桂酸-正辛酸溶液的共融点,其质量比为21∶79。经差示扫描量热仪(DSC)测试得到相变温度为7.0℃,相变潜热130.8 kJ/kg,可以作为相变材料使用。对该相变材料进行充冷和放冷的实验后,用DSC测得其循环20次的相变温度为7.58℃,相变潜热为134.4 kJ/kg,循环到40次的相变温度为7.73℃,相变潜热为134.0 kJ/kg,循环稳定性能良好,适合作为蓄冷空调用低温相变材料。     

(准)共晶系相变储能材料的研究进展

节能技术的发展是当今非常现实的问题，这些技术的发展方向之一是各行业的热能储存。相变储能材料由于其较大的潜热和恒温性，被广泛应用于潜热储能系统和热管理系统中。然而，单一相变材料的相变温度和潜热比较固定，难以同时满足多种储能应用对各种潜热、相变温度等性质的要求。因此，人们开展了关于二元或多元共晶相变体系的研究。本文介绍了近年来国内外（准）共晶相变储能材料及其复合材料的研究进展，探讨了（准）共晶相变储能材料的理论设计机理，指出了（准）共晶相变储能材料存在的不同问题并提出建议，最后指出了（准）共晶系相变储能材料在实际应用领域的局限，提出未来在寻找新型相变储能材料，建立传热理论模型，对（准）共晶系复合相变储能材料的力学性能、耐老化性能、储能密度低和高温条件下的耐久性差等方面需要进一步探索。     

CA-SA分子合金的制备及储热性能研究

用差示扫描量热仪(DSC)分析研究了癸酸(CA)/硬脂酸(SA)二元混合物的热性能,结果表明,CA-SA合金没有一个确定的低共熔点,只有一个配比范围,并用IR和DSC对81%CA-SA二元混合物经180次加速冷热循环前后的分子结构和热性能进行对比研究,分析表明,此共熔物的分子结构没有发生变化,相变温度和相变焓变化较小,热性能稳定,适合作为相变储能材料。     

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。     

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。     

Preparation,thermal properties and thermal reliability of eutectic mixtures of fatty acids/expanded vermiculite as novel form-stable composites for energy storage

This paper deals with the preparation, characterization, thermal properties and thermal reliability of novel form-stable composite phase change materials (PCMs) composed of eutectic mixtures of fatty acids and expanded vermiculite for thermal energy storage. The form-stable composite PCMs were prepared by incorporation of eutectic mixtures of fatty acids (capric–lauric, capric–palmitic and capric–stearic acids) within the expanded vermiculite by vacuum impregnation method. The composite PCMs were characterized by SEM and FTIR techniques. Thermal properties of the composite PCMs were determined by differential scanning calorimeter (DSC) method. DSC results showed that the melting temperatures and latent heats of the prepared composite PCMs are in the range of 19.09–25.64 °C and 61.03–72.05 J/g, respectively. The thermal cycling test including 5000 heating and cooling process was conducted to determine the thermal reliability of the composite PCMs. The test results showed that the composite PCMs have good thermal reliability and chemical stability. Furthermore, thermal conductivities of the composite PCMs were increased by adding 10 wt% expanded graphite. Based on all results, the prepared form-stable composites can be considered as promising PCMs for low temperature thermal energy storage applications due to their satisfactory thermal properties, good thermal reliability, chemical stability and thermal conductivities.     

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。     

相变介质组成对粉煤灰基高温定形复合相变材料蓄热性能的影响

分别以Al粉、Al-12Si、Al-20Si合金粉为相变介质,粉煤灰为基体材料,采用混合烧结法在空气、真空两种烧结氛围下制备金属/陶瓷基高温定形复合相变材料,探讨相变介质中硅铝相对含量及烧结氛围对材料蓄热性能的影响。结果表明:分别用三种金属粉制备复合相变材料时,Al的氧化难以避免,致使Si的相对含量均超过共晶点组成,凝固时其状态点始终处于共晶相+Si相的两相区,未被氧化的Al都转变成为Al-Si共晶相。空气中烧结有利于Al形成致密氧化膜从而阻止其进一步反应,材料的密度、相变潜热都比真空中烧结高。三种复合相变材料中,由Al粉制备的热稳定性最差,由Al-12Si合金粉制备的相变潜热、保留率最高,热稳定性及蓄热性能突出。     

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。