KNO_3-NaNO_3-Ca(NO_3)_2/膨胀石墨复合相变储热材料的研究

采用未饱和水溶液法并利用超声波的震荡与分散的原理制备了[KNO_3-NaNO_3-Ca(NO_3)_2]/膨胀石墨复合相变储热材料,对样品做了导热系数、DSC、XRD和SEM等表征分析。通过添加不同质量分数的膨胀石墨(EG),研究了添加量对复合相变储热材料热物性能的影响。结果表明,利用未饱和水溶液法并利用超声波的震荡与分散的原理制备的复合相变材料的微观结构均一、稳定,导热系数增加更为明显,30%(质量分数)EG的复合相变材料导热系数可达24.29 W/(m·K),比纯共晶盐导热系数提高了67倍;EG质量分数小于10%时,共晶盐不能完全浸透到膨胀石墨空隙中,有明显的相分离,不能形成稳定的复合相;另外,EG含量越多,复合相变材料的导热系数就越大。     

纳米MgO-石墨复合铝酸盐水泥基中温储热材料的性能

研究了不同掺量纳米MgO和石墨复合铝酸盐水泥基储热材料的热性能(体积热容、热导率及热膨胀系数)和力学性能(抗压强度).采用X射线衍射仪(XRD)、热流仪及压汞仪(MIP)分别表征水泥基储热材料的物相变化、水化反应速率及内部孔分布状况.结果表明:在石墨掺量保持10％不变的情形下,掺入1％纳米MgO时,铝酸盐水泥基复合材料经过350℃热处理后的体积热容和热导率与纯铝酸盐水泥试样相比分别提高了75.8％和59.3％.     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。     

添加碳素复(混)合相变储热材料的研究及应用进展

相变储热材料因具有储热密度大、相变温度变化小且过程易控制等优点而在许多领域具有重要应用。但传统的相变储热材料存在导热系数低及固-液相变过程中液态泄漏问题,阻碍了其实际应用。碳材料如石墨、碳纤维、碳泡沫和膨胀石墨,他们都具有高导热系数、低密度和良好的化学稳定性。将碳材料添加到相变储热材料中或与相变储热材料进行复合,从而构成碳素复(混)合相变储热材料,储热材料的导热系数及其性能可明显提高。本文综述了碳素复(混)合相变储热材料的研究进展。利用膨胀石墨的多孔特性吸附有机物制备膨胀石墨基复合相变储热材料,其储热密度大、导热系数高、性能稳定、成本低且在固-液相变过程中没有液态的流动性问题,是未来研究和应用最重要的碳素复合相变储热材料。     

二维纳米片基复合相变储热材料研究进展

相变材料（PCMs）作为潜热储存和释放的介质,能够解决热能供需矛盾,从而缓解能源危机。纯相变材料具有能量密度高、温度范围广、能量输出稳定性强等优点,但其热导率低和在相变过程发生渗漏的缺点阻碍了其广泛的应用和发展。通过将PCMs与二维纳米片复合,PCMs热导率低和渗漏问题被有效解决。通过在导热机理方面进行详细阐述的基础上,综述了近几年来有关碳基二维纳米片、六方氮化硼（h-BN）纳米片、二硫化钼等复合储热材料的研究进展,为高性能二维纳米片基复合PCMs的设计提供一定的研究思路。     

纳米技术在相变储热材料中的应用

结合纳米颗粒的特殊尺寸效应,把纳米技术运用到相变储热材料的制备和改进中,可获得纳米流体、纳米胶囊和复合纳米相变材料等一系列性能优异的纳米相变储热材料。新型的纳米相变材料逐渐被利用到生产和生活的各个储热领域,引领着相变储热技术的发展方向。本文综述了纳米相变材料的研究进展,介绍了纳米相变材料的应用,展望了纳米相变材料的未来发展方向。     

石蜡-膨胀石墨复合相变材料热导率研究

在石蜡（PA）中复合添加膨胀石墨（EG）是提高石蜡基相变材料导热性能的一种常见方法,准确预测PA-EG复合相变材料的热导率对于其应用十分重要。通过对EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料微观结构特征的分析,建立了基于EG纤维在PA中均匀分散的微观结构几何模型,数值模拟了完全均匀分散PA-EG单元体的相变过程,分析了EG质量分数及其粒径对PA-EG复合相变材料等效热导率的影响规律,并提出了可适用于不同制备方法的PA-EG复合相变材料热导率预测模型。模型预测结果与已报道EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料实验结果能较好吻合,误差小于15.1%。     

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。     

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。     

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面：一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。     

十二醇-癸酸-纳米粒子复合相变材料传热性能

针对有机相变材料热导率低的共性,以质量比为58.47:41.53的脂肪烃类低共熔有机物十二醇(DA)-癸酸(CA)为基液,添加纳米粒子MWNT、Cu、Al₂O₃及分散剂SDBS制备出纳米复合相变材料,从纳米粒子种类、添加浓度及超声时间方面研究其对复合有机相变材料热物性的影响。实验发现MWNT、Cu、Al₂O₃的添加都可以不同程度上提高DA-CA的热导率。当超声时间为50min、纳米粒子浓度均为0.1g·L^-1时3种纳米复合材料的热导率大小依次是:MWNT>Al₂O₃>Cu。最优例:超声分散时间90min,DA-CA+MWNT(0.1g·L^-1)+SDBS(0.2g·L^-1)的热导率最大,为0.3602W·m^-1·K^-1,相较DA-CA提高了20.5%,在不影响基液热物性的基础上具有良好的热稳定性。     

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%。     

硬脂醇改性的氧化石墨烯/正十八烷复合相变材料的热物性研究

向正十八烷中加入高导热填充物形成复合相变材料（PCM），可以很好地提升其导热性能，同时，为了保证符合相变材料的高热导率、分散性和再循环可靠性，利用硬脂醇修饰氧化石墨烯（GO），形成改性石墨烯（MG）与正十八烷的复合相变材料。分别制备了改性石墨烯质量分数为0、1%、2%、3%、4%（质量）的改性石墨烯/正十八烷复合相变材料，并经过扫描电镜测试、红外光谱分析、差示扫描量热实验及导热分析等测试对其形貌结构及热物性进行表征和研究。实验表明制备的改性石墨烯/正十八烷复合相变材料具有很好的分散性；当纳米石墨烯片的质量分数达到4%时，复合相变材料的热导率相对于纯正十八烷高出了131.9%。     

Study on thermal properties of stearyl alcohol modified graphene oxide/ n-octadecane composite phase change materials

Adding high thermal conductivity fillers to n-octadecane to form a composite phase change material(PCM) can improve its thermal conductivity. At the same time, to ensure high thermal conductivity, dispersion stability and recycling reliability of PCM, a type of composite PCM has been fabricated by grafting stearic alcohol onto graphene oxide (GO). The modified graphene/n-octadecane composite PCMs with 0, 1%, 2%, 3% and 4%(mass) of modified graphene were prepared to characterize and study of feature structure and thermophysical properties by means of scanning electron microscope, infrared spectrum analysis, differential scanning calorimetry and thermal conductivity analysis, etc. Experiments show that the modified graphene/n-octadecane composite PCMs prepared in this paper has good dispersion stability. When the mass fraction of modified graphene reaches 4%, the thermal conductivity of composite PCMs is 131.9% higher than that of pure n-octadecane.     

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.     

Thermal conductivity of high density polyethylene filled with graphite

The effect of the grade, the content, and the particle diameter on the thermal conductivity of high‐density polyethylene (HDPE) filled with graphite were studied. The results show an increase of thermal conductivity of the HDPE/graphite composite with increase of graphite content. The thermal conductivity of the HDPE filled with the expanded graphite was larger than that of the HDPE filled with the colloid graphite system. At the same volume content (7%), the thermal conductivity of the former was twice that of the latter one. The particle diameter of the graphite also affected the thermal conductivity of HDPE composites. With increase of the particle diameter of the colloid graphite, the thermal conductivity of the HDPE/graphite increased. However, when the particle diameter of colloid graphite was larger than 15 μm, the increase of thermal conductivity of HDPE/graphite changed by inches. Some models proposed to predict thermal conductivity of a composite in a two‐phase system could not be applied to HDPE filled graphite powder composites, such as Maxwell‐Eucken, Cheng and Vachon, Zieblend, Lewis and Nielsen, Agari and Uno equations. But, according to the increase of thermal conductivity of HDPE composites filled with the colloid graphite, we find that Ziebland equation is suitable except of some constant. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 101: 3806–3810, 2006     

硬脂醇/膨胀石墨复合相变材料的制备及储热性能

相变储热技术是解决热量在时空上分配不平衡问题的有效手段之一,研制高性能的复合相变材料（phase change material, PCM）成为当前研究者关注的重点。硬脂醇（stearyl alcohol, SAL）等有机PCM目前主要存在热导率偏低以及循环稳定性较差等问题而限制了实际应用。以SAL作为PCM,膨胀石墨（expanded graphite, EG）为高导热多孔基质,采用吸附定形工艺制备了16种SAL/EG复合PCMs[EG含量为7%、14%、21%、28%（质量）;样品密度为700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³、1000kg/m³]。对复合PCMs样品的微观结构、储热能力、导热性能、循环稳定性及充放热性能进行研究与分析。结果表明：SAL完全填充于EG的多孔网络。当样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的水平热导率最高,其值为28.58W/(m ? K),相比于纯SAL[0.38W/(m ? K)]提高了74倍,该值大约是相对应垂直热导率[5.99W/(m ? K)]的4.8倍。另外在构建的充放热性能试验台上研究了样品中心位置的储/放热性能,结果显示样品密度为900kg/m³,EG质量分数为28%的样品充放热速率最大,固-液潜热吸热和放热阶段所经历的时间分别为53min和20min。与此同时验证了样品的导热性能和熔化-凝固特性,说明SAL/EG复合PCMs具有稳定可靠的储/放热性能。     

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.     

PEG/EG复合相变储能材料蓄冷性能的实验研究

制备了以相对分子质量不超过1 000的聚乙二醇（PEG）为相变基质、膨胀石墨（EG）为导热强化相的PEG/EG低温复合相变储能材料,并分析了不同EG含量时各种因素对这种相变储能材料的蓄冷性能的影响。利用闪光导热分析法研究了EG含量和加压程度对这种复合材料的导热性能的影响,用电子显微镜观察法比较了不同EG含量和加压条件下这种复合材料导热性能差异的微观机理,用工程测量法分析了这种复合材料的蓄冷性能及其相变曲线。结果表明,EG含量和加压程度对这种低温复合材料导热性能的影响是通过改变EG内部导热网络结构而实现的;随着EG含量的增加,复合材料的蓄冷性能呈提升趋势;EG能够减少冷媒温度、蓄冷剂本身质量对蓄冷过程的影响。