铜纳米粒子导热增强固-液相变储能材料的性能

使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙二醇（PEG）作为钝化剂对铜纳米颗粒进行原位包覆制备了PVP/PEG/Cu复合纳米粒子（CuNP），将其作为导热增强剂引入到PEG中制备了CuNP/PEG固-液相变储能材料（PCMs），并通过FTIR、XRD、DSC以及TGA等表征了CuNP/PEG固-液PCMs的结构及热性能。利用纳米粒子表面的PVP与PEG之间的氢键和空间位阻效应，以及PVP对铜核的保护作用，赋予了铜纳米粒子在PCMs中优异的分散稳定性。结果表明，CuNP的引入能够显著提高复合相变储能材料的导热能力，并能够作为晶核加速材料的结晶行为。当纳米粒子的质量分数为5%时，CuNP/PEG固-液PCMs的相变焓值为157.0 J/g，体系的储热速率、放热速率和结晶速率与纯PEG相比分别提高了34.09%、31.45%和53.33%。     

多孔纤维素/聚乙二醇相变粉体的制备及表征

以制备的具有微/纳多孔结构的纤维素为骨架,聚乙二醇(PEG)-4000为相变基,通过吸附―混合机制制备出不同PEG含量的多孔纤维素/PEG复合相变粉体材料(PCMs)。傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜分析和复合相变粉体孔隙率测定结果表明,多孔纤维素与PEG能很好地相互结合;X射线衍射、差示扫描量热及热重分析结果表明,PCMs相变焓随PEG含量的增加而逐渐增加,PEG理论含量为50%(wt)时,多孔纤维素/PEG复合相变粉体相变焓值为95.53 J/g。多孔纤维素/PEG复合相变粉体的热稳定性好。     

氧化石墨烯对VS55冻融过程结晶行为的影响

借助差示扫描量热仪（DSC）和低温显微系统,研究了升降温速率（5、10、25、50和100℃/min）和氧化石墨烯（GO）浓度(0.01、0.1、1和5 mg/ml)对VS55溶液降温过程结晶和升温过程冰晶再生长的影响。结果表明：（1）随着升降温速率的增加,VS55溶液体系在降温过程中的结晶焓H_f以及升温过程中的再结晶焓H_Td都会减小;（2）对浓度为2.1 mol/L的VS55溶液进行降温时,GO浓度越大,其结晶焓H_f越大,且初始冻结温度显著提高;但对4.2 mol/L VS55降温时,其结晶焓H_f会随着GO浓度增加呈现出先减小后增大的特点;8.4 mol/L VS55已完全玻璃化,GO对其没有影响;（3）在升温过程中,GO浓度越高,VS55浓度越低,其溶液体系内冰晶再生长抑制程度越大,如GO浓度为5 mg /ml时,2.1 mol/L VS55溶液添加GO前后再结晶焓的差值ΔH_Td为14.55 J/g,而4.2 mol/L VS55就显著降低到7.95 J/g,接近8.4 mol/L VS55的6.91 J/g。总体来看,GO对VS55溶液降温过程冰晶生长特点的影响主要取决于VS55浓度和GO浓度,但对复温过程反玻璃化或冰晶再生长特点的影响主要取决于VS55浓度、GO浓度以及升降温速率。     

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。     

聚双甲基丙烯酸聚乙二醇酯固-固相变储能材料的制备

制备了以聚甲基丙烯酸为骨架、聚乙二醇(PEG)为工作物质的新型高分子固-固相变储能材料。对PEG和几种不同的相变材料分别进行DSC测试,对PEG分子量为4000的相变材料进行非等温DSC测试。结果表明,与纯PEG相比,相变材料的相转变温度降低12.3℃,相变焓降低45 J/g。随着聚乙二醇分子量由2000依次增加为4000,6000,10000,相变材料的相转变温度分别为44.8,52.9,63.8和74.3℃,相变焓分别为142.9,203.2,190.1,231.4 J/g,均有增加的趋势。随着升温速率增加,PEG分子量为4000的PCM的相变温度依次升高,分别为47.4,50.0和53.1℃。     

聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备

以PEG作为相变材料(PCM)来储存和释放热能,以TiO_2为支撑基体,合成出聚乙二醇分子量为6000的PEG@TiO_2的复合相变储能材料。结果表明成功合成了核壳结构的PEG@TiO_2复合材料。PEG被封装在TiO_2壳中,二者之间为物理相互作用,PEG在TiO_2壳中结晶,在规则的结晶排列上没有明显的TiO_2限制。PEG@TiO_2在熔融和凝固过程中的相变焓分别为153.3 J·g~(-1)和147.0 J·g~(-1),质量分数为91.2 wt%。PEG@TiO_2经历50次加热-冷却循环后,表现出优异的热可靠性。     

聚乙二醇/SiO2定形相变材料在沥青中的相变储热性能

利用多孔二氧化硅的良好吸附性,将不同计量的聚乙二醇在硅溶胶胶凝过程中吸附于硅凝胶的孔隙结构中制备聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料（PEG/SiO₂ SSPCM）;并将其与熔融沥青共混获得不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料（Asphalt-SSPCM）。借助孔径分析仪和扫描电镜（SEM）表征了载体二氧化硅孔结构和PEG/SiO₂ SSPCM的表观形貌;通过X射线衍射仪（XRD）、综合热分析仪（DSC/TG）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）考察了沥青中PEG/SiO₂ SSPCM的晶体结构、储热性能、热稳定性及化学兼容性;通过本文作者课题组研发的温度模拟试验箱测试了Asphalt-SSPCM的降温效果。结果表明,二氧化硅凝胶具有丰富的孔结构并能将聚乙二醇吸附于其介孔结构中;沥青中PEG/SiO₂ SSPCM仍含有聚乙二醇晶体,其储热能力随聚乙二醇含量的增加而增大,当聚乙二醇含量为76.1%时,相变焓高达117.5J/g,且不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料均表现出良好的热稳定性;PEG/SiO₂ SSPCM与沥青的化学兼容性良好,二者之间仅是物理作用;Asphalt-SSPCM的降温效果显著,可有效改善沥青路面的高温性能;并基于相变理论,分析了沥青-定形相变材料的相变储热原理。     

PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强相变材料的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）改性的二氧化硅(SiO2)为支撑材料,以氧化壁碳纳米管(O-CNTs)为导热增强材料,采用溶胶-凝胶法成功制备了PEG/APS-SiO2/O-CNTs导热增强型复合相变材料。通过FTIR、XRD、SEM、DSC等对材料的结构和热性能进行了表征。当PEG含量为82.0%时,复合相变材料仍然具有良好定型效果,熔化焓和结晶焓达到134.2 J/g、126.6 J/g,而且材料具有很好的储热稳定性,300次热循环后,其储热焓值仅下降3.3%。相比于纯PEG,添加了0.6%的O-CNTs的复合相变材料的导热增强率为28.1%, 达到0.41W/(m?K)。红外热成像结果表明,复合相变材料的储能效率明显提高。     

丙烯酸聚乙二醇酯相变大单体的制备

以聚乙二醇(PEG)4000及丙烯酰氯为原料,采用酯化法合成了丙烯酸聚乙二醇酯(PEGA)相变大单体.利用红外光谱(IR)、偏光显微镜( PLM)、差示扫描量热(DSC)、热重(TG)分析等研究了PEGA相变大单体的结构与性能,通过正交实验获得PEGA的最佳合成工艺.IR显示PEGA中出现酯键及C=C的特征峰;PLM显示PEGA晶体仍有明显的结晶消光截面,但相对纯PEG4000而言,其晶体半径明显减小;DSC分析表明PEGA在46.53℃出现结晶峰,结晶焓为163.21 J/g;TG分析表明PEGA在230℃开始降解,耐热性较好.PEGA交联固化后可制得新型交联网络型固-固相变材料.     

PEG/CNFs相变储能材料非等温结晶动力学研究

通过溶液浇铸法制备了聚乙二醇/纤维素纳米微纤(PEG/CNFs)复合相变储能材料,采用差示扫描量热仪(DSC)研究了CNFs含量对该PEG/CNFs复合材料中PEG结晶行为的影响,并利用Jeziorny、Ozawa和Mo模型对DSC结果进行了非等温结晶动力学分析。结果表明:加入CNFs后,复合材料中PEG的半结晶时间(t1/2)与Avrami指数(n)下降,表明CNFs充当了PEG的成核剂;另外,CNFs含量的增加抑制了PEG晶体的生长,PEG的结晶焓(ΔHPEG)显著下降。     

Novel semi‐interpenetrating network structural phase change composites with high phase change enthalpy

High phase change enthalpy, controllable temperature, and stable shape can expand the application of phase change materials (PCMs) in energy storage. In this study, a series of novel form‐stable PCMs with high phase change enthalpy (169–195 J/g) and controllable temperature (45.3–61.4°C) were prepared. The PCMs exhibited a semi‐interpenetrating polymer network (semi‐IPN) structure resulting from the combination of polyethylene glycol (PEG) and a three‐dimensional (3‐D) network gel. The gel itself featured an inherent phase change characteristic and a 3‐D network structure. Thus, it improved the phase transition enthalpy of the materials and facilitated the formation of a semi‐IPN that endowed the materials with excellent form‐stable properties. In addition, the latent heat of the composites (169–195 J/g) is much higher than most of the previously reported composites using PEG as phase change component (68–132 J/g). © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 688–696, 2018     

聚酰胺6蓄热调温纤维的制备与表征

以聚乙二醇为储能调温介质,通过多孔纳米材料吸附制备了形态稳定的相变材料(PCMS),然后以聚酰胺6(PA6)为基体,采用熔融共混纺丝制备了蓄热调温PA6纤维。通过场发射扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、热重分析仪、粉末X射线衍射仪表征了纤维的结构和性能。研究表明:熔纺PA6/PCMs纤维储能调温焓值达到19.01 J/g,预期可在航空服、军用作战服和民用服装等领域获得很好的应用。     

空调用纳米有机复合相变蓄冷材料制备与热物性

针对目前空调用有机相变蓄冷材料热导率低的问题,将具有高导热性的纳米材料(MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃)添加到所开发制备的二元复合有机蓄冷材料(质量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇)中,从纳米材料的种类和浓度两方面,研究其对复合有机蓄冷材料热物性的影响。实验发现:对于MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃ 3种纳米材料,当其质量分数分别小于0.3%、0.4%、0.8%时,对应纳米复合材料热导率随纳米材料浓度的增加幅度较为明显;与原二元复合有机相变蓄冷材料相比,添加0.3%的MWNTs,热导率提高26.3%;添加0.4%的Al₂O₃,热导率提高13.1%;添加0.8%的Fe₂O₃,热导率提高32.1%;当在一定纳米材料质量分数(如0.7%)下,加入纳米颗粒的复合材料导热性能效果依次为Fe₂O₃>MWNTs>Al₂O₃。不同纳米粒子的添加对原蓄冷材料的相变温度和相变潜热影响很小,相变温度变化波动最大为0.4℃,相变潜热变化波动范围最大为1.4%。     

Phase change material with flexible crosslinking for thermal energy storage

The utilization of renewable energy through phase change materials (PCMs) is particularly attractive for the realization of sustainable society. Herein, a flexible but reliable solid–solid PCM was successfully synthesized by the integration of quadruple H-bonding crosslinks with polyethylene glycol (PEG)-based polyurethanes. The strong quadruple H-bonding from the dimerization of 2-ureido-4 [1H]-pyrimidinone (UPy) units could act as dynamic cross-links to maintain shape stability. PEG chains in flexible polymer network serve as phase change ingredients, affording thermal energy storage capacity. The physical crosslink density and phase change enthalpy can be adjusted. In contrast to chemical crosslinks, the physical crosslinks of UPy provide reprocessability of the prepared PCMs and show little hindrance on the crystallization of PEG chains. The chemical structure, phase transformation, crystallization, and thermal properties of prepared PCMs were characterized by fourier transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction, polarizing microscope, and thermogravimetric analysis. DSC analysis shows that the prepared PCM can store 101.9 J g⁻¹ when PCMs undergo phase change process. Moreover, the accelerated thermal cycling test and leakage test are also conducted to illustrate the thermal reliability and shape-stable properties. These PCMs that possess high phase change enthalpy and outstanding reprocessability are alternative for solar energy collection and waste heat recovery. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48497.     

Solid–solid phase‐change materials based on hyperbranched polyurethane for thermal energy storage

A hyperbranched polyol (HBP) was synthesized with poly(ethylene glycol) (PEG) as the core molecule and 2,2‐bis(hydroxymethyl) propionic acid as the chain extender. Then, a series of hyperbranched polyurethane phase‐change materials (HP‐PCMs) with different crosslinking densities was synthesized with isophorone diisocyanate and HBP as a molecular skeleton and PEG 6000 as a phase‐change ingredient. ¹H‐NMR, gel permeation chromatography, and Fourier transform infrared spectroscopy confirmed the successful synthesis of the HBP and HP‐PCMs. The polarization optical microscopy and wide‐angle X‐ray diffraction results show that the HP‐PCM exhibited good crystallization properties, but the crystallinity was lower than that of PEG 6000. The analysis results from differential scanning calorimetry indicated that the HP‐PCMs were typical solid–solid phase‐change materials with suitable phase‐transition temperatures. In addition, HP‐PCM‐3, with an appropriate degree of hyperbranched structure, possessed the highest thermal transition enthalpy of 123.5 J/g. Moreover, thermal cycling testing and thermogravimetric analysis showed that the HP‐PCMs exhibited good thermal reliability and stability. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2017 , 134, 45014.     

聚苯乙烯接枝聚乙二醇6000的制备及表征

以1,4-二氯甲氧基丁烷为氯甲基化试剂,通用级聚苯乙烯(PS)为原料,制备了氯甲基化聚苯乙烯(CMPS);将CMPS与聚乙二醇(PEG)6000采用碱催化法制备了PS接枝PEG6000聚合物(PEG6000-g-PS)。对CMPS,PEG6000-g-PS进行傅里叶变换红外光谱分析、X射线光电子能谱分析,对PS,PEG,PEG6000-g-PS进行差示扫描量热法分析、热重分析。结果表明:成功制备了PEG6000-g-PS,且接枝率为12.3%;PEG6000-g-PS的熔融温度为63.03℃,相变焓为15.313 J/g,起始分解温度为314℃,热稳定性良好。