多孔载体基水合盐相变材料热物性研究进展

无机水合盐类相变复合材料由于其卓越的热力学性能与丰富的储量引起了国内外学者的广泛关注与研究。此类材料作为中低温相变材料中重要的一类,是制备室温环境下相变复合材料的首选,符合国家近年来低碳节能的政策,有很大的应用潜力。本文综述了近年来几类多孔载体承载无机水合盐类相变复合材料的类别、特点及国内外研究概况,并指出了基于多孔载体的无机水合盐的未来研究方向,以解决当前研究的不足和缺陷。     

多孔载体基水合盐相变材料热物性研究进展

无机水合盐类相变复合材料由于其卓越的热力学性能与丰富的储量引起了国内外学者的广泛关注与研究。此类材料作为中低温相变材料中重要的一类,是制备室温环境下相变复合材料的首选,符合国家近年来低碳节能的政策,有很大的应用潜力。综述了近年来几类多孔载体承载无机水合盐类相变复合材料的类别、特点及国内外研究概况,并指出了基于多孔载体基无机水合盐的未来研究方向,以解决当前研究的不足和缺陷。     

无机相变储能材料的研究进展及应用

阐述了无机相变储能材料当前的研究进展情况,介绍了无机相变材料的储能机理,制备方法。讨论了无机相变储能材料多种领域的应用以及它未来的发展方向。     

添加纳米SiO2对四元溴化盐相变热物性的影响

熔点、熔化潜热和分解温度是熔盐传热蓄热材料的重要热物性参数。以分析纯NaBr、KBr、CaBr₂和LiBr配制四元溴化盐,分别将颗粒平均直径为10、20、50 nm的纳米SiO₂颗粒按一定含量分散入所配制四元溴化盐中配制得到25种不同含量和粒径的纳米SiO₂溴化盐,利用DSC法研究添加纳米SiO₂含量和粒径对四元溴化盐熔点、熔化潜热及分解温度的影响。结果表明,随着纳米SiO₂含量的增大,溴化盐的熔点先降低后升高,但变化范围较小;熔化潜热先升高后逐步降低,变化较大。添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数1.5%时,最大熔化潜热为47.06 J·g^-1,提高89.6%;添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数0.7%时,最高分解温度为876.3℃。     

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。     

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。     

添加纳米SiO2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响

熔盐作为相变材料,可以用作聚热太阳能电站中的储热介质,通过向基盐中添加不同比例的纳米材料可以显著增强熔盐的热物性。将20 nm的SiO₂纳米颗粒分别分散到硝酸钾、硝酸钠和solar salt （60% NaNO₃,40% KNO₃,均为质量分数）中制备成稳定的纳米流体,制备的每一种纳米流体都经过溶解、超生、干燥蒸发等过程。采用差式扫描量热法测量熔盐的比热容、熔化潜热、熔点等热物理性质,并采用激光闪射法对基盐和纳米熔盐的热扩散系数进行测量和分析。结果表明,SiO₂颗粒的添加对硝酸钠、硝酸钾和solar salt的熔化潜热、比热容和热导率等热物理性质有显著的影响。与基盐相比,solar salt、硝酸钾和硝酸钠在液态的比热容值分别增加了4.7%～15.89%、3.9%～33.5%、1.9%～11.86%;测得的热导率分别最大增加了17.16%、39.7%、9.5%。     

纳米胶囊化二元复合相变材料的制备及热性能

以正十八烷(C18)和硬脂酸丁酯(BS)为复合芯材(PCMs),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为壁材,通过无皂乳液聚合法制备纳米胶囊化相变材料,探讨了乳化剂种类和用量、引发剂种类和用量、芯壁比对纳米胶囊的影响,并采用TEM、SEM、FTIR、XRD、DSC和TGA对纳米胶囊的形貌、化学结构和热性能进行了测试表征。结果表明:当烷基乙烯基磺酸盐(AVS)用量占油相总质量的3.0%,过硫酸铵(APS)用量占单体MMA质量的1.2%,芯材与壁材质量比(芯壁比)为2∶4时,制备的纳米胶囊单体转化率最高、粒径最小、球形形貌最规整。相变纳米胶囊的熔融焓和结晶焓分别为56.89和54.02 J/g,具有良好的储热能力和耐热性能,且整理于棉织物上有较好的调温效果。     

面向中温储热的D-半乳糖醇/肌糖醇二元共晶相变材料热稳定性研究

相变材料的热稳定性在实际相变储热应用中至关重要。通过熔融共混的方法制备了可用于中温储热的D-半乳糖醇（69%（mol））/肌糖醇二元共晶相变材料,使用真空管式炉分别在463、473、483和493 K温度下将该共晶混合物加热5、10、15和20 h。然后采用差示扫描量热仪测量试样的熔化焓,并采用基于焓值变化的恒温动力学模型分析其焓值热降解特性,从而对其热稳定性进行评价。此外,采用添加抗氧化剂1010（1.0%（质量））的方法提高共晶糖醇的热稳定性。结果表明,在463 K温度下加热20 h后,共晶糖醇焓值下降24.9%;添加抗氧化剂后,其焓值仅下降8.25%。采用恒温动力学模型计算发现,共晶糖醇在463 K温度下焓值下降一半所用的时间为154 h,添加抗氧化剂1010后,其热降解时间增加约4倍。当加热温度升高至473、483、493 K时,热降解时间分别提高约2.6、1.6、1.1倍,热降解速率 k值分别降低62.65%、40.42%、6.51%。结果表明添加抗氧化剂可有效提高共晶糖醇的热稳定性。     

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。     

CaCl2·6H2O/多孔Al2O3复合相变材料的制备与热性能

将CaCl2·6H2O作为相变材料,3%的硼砂作为成核剂,以多孔Al2O3作为基体,通过真空浸渍法和多孔Al2O3的毛细吸附作用,制得不同比例的CaCl2·6H2O/多孔Al2O3复合相变材料,并进一步对其微观结构和热性能进行了分析。N2吸附脱附等温线分析证明,多孔Al2O3具有较大的比表面积。SEM照片和FTIR光谱说明CaCl2·6H2O被成功吸附入Al2O3的多孔结构中。DSC曲线显示,复合相变材料的熔融潜热可达99.81 J/g,说明其具有良好的相变储热性能。     

氯化物熔盐材料的制备及其热物理性质研究

制备了NaCl-CaCl₂、 NaCl-KCl-CaCl₂、 NaCl-CaCl₂-MgCl₂、 KCl-CaCl₂-MgCl₂、 NaCl-KCl-MgCl₂、 NaClKCl-CaCl₂-MgCl₂六种氯化物熔盐材料。采用差示扫描量热法确定它们的低共熔点和组成,测量其比热容、密度、黏度等热物性。测试熔盐材料的质量损失曲线确定工作温度上限,根据测试的结果,对其储能密度进行计算。研究结果表明:NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐材料熔点为380.3℃,流动性较好,工作温度范围为430～700℃,储能密度为625.1 J·cm^-3,是六种熔盐中熔点最低、储能密度最大的熔盐,适合作为传热储热材料。NaCl-KCl-CaCl₂熔盐熔点为503.8℃,工作温度范围为550～850℃,储能密度为559.9 ...     

水溶性固体壳聚糖盐的制备及其性能研究

通过半湿研磨法由壳聚糖制备了多种水溶性粉末状壳聚糖盐。该产品可以溶解在酸性、中性和弱碱性介质中,溶解范围扩大;水溶液pH值在3.36—5.54之间,而且具有较强的缓冲作用;吸湿率提高30%以上。通过红外光谱、X-射线衍射、质量损失曲线及电位滴定曲线对目标产物结构进行分析,结果表明,在无溶剂条件下实现了壳聚糖氨基的质子化反应而不是简单的物理吸附,因此产品性能稳定。该方法操作简单,无污染而且经济。     

Effects of thickeners on thermophysical properties of Alum as phase change material for energy storage

The main objective of this research is to characterize, via experimental analysis, the effects of thickeners on thermophysical properties of Alum (KAl[SO₄]₂·12H₂O) as phase change material (PCM) for energy storage. Six thickeners, including sodium carboxymethyl cellulose (CMC-Na), sodium polyacrylate (PAAS), polyacrylamide (PAM), polyvinyl alcohol, xanthan gum (XG) and methylcellulose (MC), are added in Alum. Then the thermophysical properties and the cycle stability are tested and analyzed by step cooling experiment, differential scanning calorimeter, hot disk, scanning electron microscopy, high-low temperature alternating test chamber, X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR). The results showed that the adding of 2 wt% CMC-Na, 1 wt% PAAS, 2 wt% PAM, 5 wt% XG, and 1 wt% MC to Alum can effectively reduce the subcooling of Alum while still maintaining the latent heat at a high level. After stability test with 60 melting-solidification cycles, the results indicate that Alum with 1 wt% MC has the best thermal cycle stability and has the highest latent heat (230 J/g). The latent heat is only 8.1% lower than that of pure Alum after 1 cycle, and 11.1% higher than that of pure Alum after 60 cycles. The XRD, FT-IR, and thermogravimetry results show that it has good chemical and thermal stability.     

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%。     

Cu含量对Al-Cu-Si合金相变储热性能的影响

Al-Cu-Si基相变材料具有成本低、相变潜热高、抗氧化性能高等优势,是最具潜力的太阳能储存材料之一。而Cu含量对其储热性能特别是体积潜热有重要影响,但相关研究未见报道。通过差示扫描量热仪和激光热导分析仪研究了Al-Cu-Si合金的相变温度、质量潜热和体积潜热随Cu含量变化的关系,以及比热容、热扩散率和热导率等随温度变化的关系。研究结果表明,在Cu含量35%～55%时,Al-Cu-Si合金相变温度为512.5～604.2℃,质量潜热为354.4～458.1 J·g^-1,体积潜热为1524.1～1763.8 J·cm^-3。质量潜热和体积潜热均随着Cu含量的增加呈现出"双峰型"的变化趋势,Cu含量42%时质量潜热最大,为458.1 J·g^-1;Cu含量48%时体积潜热最大,为1763.8 J·cm^-3。Al-Cu-Si合金的热导率随着Cu含量的增加而降低,且在500℃时Al-Cu-Si合金的热导率为91.4～137.5 W·m^-1·K^-1。综合研究表明,Al-...     

Pipe diameter effect on flow and heat transfer characteristics of ammonia alum hydrate slurries with additives

In this study, pipe diameter effect on flow and heat transfer characteristics of ammonia aluminium sulfate dodecahydrate (ammonia alum hydrate: AlNH₄(SO₄)₂·12H₂O) slurries with drag reducing surfactants and poly(vinyl alcohol) was investigated. Pressure loss and heat-transfer coefficients of ammonia alum hydrate solutions and slurries were measured with double-pipe heat exchangers with different inner tube diameters. Measurement results indicated that pseudo-laminarization by the surfactant caused drag-reduction effect and its saturated magnitude was affected by inner tube diameters. Pseudo-laminarization also produced heat transfer reduction effect and its magnitude was not affected by inner tube diameters. Calculation results of Colburn's j-factor divided by friction factors indicated that heat transportation efficiency of the hydrate solutions/slurries with additives was increased due to the contribution of drag-reduction effect.     

Flammability and thermal properties of high density polyethylene/paraffin hybrid as a form‐stable phase change material

In this study, form‐stable phase change material (PCM)–high density polyethylene (HDPE)/paraffin hybrid with different flame‐retardant systems are prepared by using twin‐screw extruder technique. This kind of form‐stable PCM is made up of paraffin (a dispersed phase change material) and a HDPE (a supporting material). Their structures and flammability properties are characterized by scanning electronic microscope (SEM) and cone calorimetry. Thermal stability is shown by thermogravimetry analysis (TGA) and its latent heat is given by differential scanning calorimeter (DSC) method. SEM results show that the HDPE forms a three‐dimensional net structure and the paraffin is dispersed in it. The peak of heat release rate (HRR) of the flame‐retardant form‐stable PCM decreases markedly. In TGA curves, although the onset of weight loss of flame‐retardant form‐stable PCMs occur at a lower temperature than that of form‐stable PCM, flame‐retardant form‐stable PCMs produce a large amount of char residue at 700°C. DSC results show that the addition of flame retardant has little effect on the phase change latent heat of PCM. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 99: 1320–1327, 2006