二元脂肪酸/生物基SiO_2复合相变材料的制备与性能

为了获得适用于建筑领域的相变材料和相变温度,选用月桂酸(LA)和棕榈酸(PA)共混制备的二元低共熔脂肪酸(LA-PA)作为储能材料,废弃稻草和稻草灰提取的生物基SiO_2(b-SiO_2)粉末作为载体,采用熔融浸渗法制备了LA-PA/b-SiO_2定形相变储能材料。采用FTIR、XRD、比表面测试、SEM、DSC、TGA对LA-PA/b-SiO_2复合相变材料的结构与性能进行分析。结果表明:LA-PA和b-SiO_2并不是简单的物理相互作用;LA-PA被束缚在b-SiO_2多孔网络中,从而在固相变为液相时,相变材料不会泄露。通过XRD分析可得,随着b-SiO_2含量的增加,LA-PA/b-SiO_2复合相变材料的结晶度降低。由DSC和TGA分析可知,LA-PA/b-SiO_2复合相变材料具有良好的相变性质和热稳定性,相变焓在67.36~146.0J/g之间。     

纳米石墨粉改善定形相变复合纤维膜的储热和放热速率EI北大核心CSCD

采用静电纺丝法制备了负载不同含量纳米石墨粉(NG)的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸(CA-LA-MA)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-LA-MA/PAN/NG定形相变复合纤维膜。分别采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和传热测试装置对定形相变复合纤维膜的化学性能、形貌结构、储热性能、热能储存和释放速率进行深入分析。研究结果表明,CA-LA-MA三元低共熔物成功地被吸附到PAN基复合纤维膜中。制备的定形相变复合纤维膜的相变融化温度约为19℃,相变焓值约为114～131kJ/kg。由于添加了具有高导热系数的NG使定形相变复合纤维膜的热能储存和释放效率明显提高了43%和42%。     

纳米石墨粉改善定形相变复合纤维膜的储热和放热速率

采用静电纺丝法制备了负载不同含量纳米石墨粉(NG)的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸(CA-LA-MA)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-LA-MA/PAN/NG定形相变复合纤维膜。分别采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和传热测试装置对定形相变复合纤维膜的化学性能、形貌结构、储热性能、热能储存和释放速率进行深入分析。研究结果表明,CA-LA-MA三元低共熔物成功地被吸附到PAN基复合纤维膜中。制备的定形相变复合纤维膜的相变融化温度约为19℃,相变焓值约为114～131kJ/kg。由于添加了具有高导热系数的NG使定形相变复合纤维膜的热能储存和释放效率明显提高了43%和42%。     

纳米SiO2对静电纺LA-PA/PET复合相变纤维形态和热学性能的影响

以月桂酸和棕榈酸二元低共熔混合物(LA-PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和纳米二氧化硅(SiO2)为原料,通过静电纺丝的方法成功制备了新型的LA-PA/PET/SiO2定形相变复合纤维。分别采用扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米SiO2对静电纺LA-PA/PET/SiO2复合相变纤维的形貌结构和热学性能的影响。SEM观察结果显示,随着纳米SiO2的加入,复合相变纤维表面呈现出光滑的形态特点,纤维直径有所降低;且随着纳米SiO2含量的增加而逐渐减小。DSC分析结果表明纳米SiO2的含量对复合相变纤维的熔化焓值和结晶焓值有一定的影响,对相变温度没有显著性的影响。     

碳/SiO_2纳米纤维膜基定形相变材料的制备及性能

研究首先制得二元脂肪酸低共熔物,然后将用静电纺丝法制备不同SiO2含量的、并对其进行炭化的PAN/SiO2纳米纤维膜作为支撑材料,吸附二元脂肪酸低共熔物制得碳/SiO2纳米纤维膜基定形相变材料(CSNPCM),利用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等对制备出的定形相变材料的形貌结构和储热性能进行分析和表征。随着SiO2含量的增加,定形相变材料对二元脂肪酸低共熔物的吸附容量有所降低。SEM结果表明,二元脂肪酸低共熔物均匀地包埋、分散在多孔纳米纤维膜的三维网络结构中。DSC测试结果表明,SiO2的加入降低了定形相变材料的相变潜热,对其相变温度无太大影响。     

纳米碳化硅改善CPS/PAN相变复合纤维膜的传热速率

以不同质量比例的聚丙烯腈/纳米碳化硅(PAN/SiC)复合纤维膜为支撑材料,以癸酸-棕榈酸-硬脂酸(CPS)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和传热测试装置研究不同含量纳米SiC对定形相变复合纤维膜的形貌特征、储热性能、热能储存和释放速率的影响。SEM图像显示负载不同含量纳米SiC对CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的形貌结构没有显著影响。DSC测试结果表明随着支撑纤维膜中SiC颗粒含量的增加,定形相变复合纤维膜的相变温度和相变焓值没有明显变化。根据传热测试数据显示随着纳米SiC含量的增加,定形相变复合纤维膜的融化与结晶时间显著缩短了约20%~46%。     

月桂酸/十四醇纳米复合相变材料的制备及性能研究

选择月桂酸(LA)-十四醇(TD)复合相变材料作为基材,分别以Al_2O_3、Fe_2O_3和CuO纳米颗粒作为添加剂,SDBS为分散剂,制备了LA-TD纳米复合相变材料。从分散剂添加量、超声分散时间、纳米颗粒添加种类和质量分数方面研究了Al_2O_3、Fe_2O_3和CuO 3种纳米复合相变材料的最佳制备条件。在最佳制备条件下,利用导热系数测定仪和DSC测试确定了3种纳米复合相变材料的导热系数、相变温度及相变潜热,并对复合相变材料进行了降温步冷和升温融化实验,研究了纳米颗粒对复合相变材料吸/放热速率的影响。最终确认Fe_2O_3纳米颗粒对LA-TD复合相变材料的传热强化效果最好,1%Fe_2O_3含量的LA-TD纳米复合相变材料的导热系数为0.3319 W/(m·K),较LA-TD纯相变材料提高了36.88%,其相变温度和相变潜热分别为24.76℃和112.61 J/g。纳米颗粒的添加提高了复合相变材料的放热速率,从50～15℃的凝固时间较LA-TD纯相变材料缩短了260 s(7.22%),但纳米颗粒的添加增加了流体粘度,不利于相变融化过程的自然对流。300次的融化/凝固热循环实验表明LA-TD/Fe_2O_3纳米复合材料具有良好的热稳定性。     

超疏水复合涂层的制备和性能研究

采用大气等离子喷涂工艺(APS)制备了双层Al_2O_3/PTFE复合涂层和单层Al_2O_3-PTFE复合涂层两种涂层结构体系的疏水复合涂层,使用扫描电子显微镜(SEM)、3D表面形貌仪、显微硬度计、接触角测试仪和摩擦磨损试验机分别表征了复合涂层的微观形貌、相组成、粗糙度、硬度、疏水性能以及耐磨性能。评价复合涂层的性能并进而研究了Al_2O_3陶瓷作为粘结层和硬质颗粒填充相以及工艺参数对复合涂层的疏水性能和耐磨性能的影响。结果表明:无论Al_2O_3陶瓷作为粘结层还是硬质填充相添加到涂层中,都显著提高了单一PTFE涂层的摩擦学性能。Al_2O_3-PTFE复合涂层的耐磨性能优于Al_2O_3/PTFE复合涂层,两复合涂层的磨损率和摩擦系数依次为2.84×10~(-5)mm~3/N·m、9.97×10~(-5)mm~3/N·m和0.51、0.38;复合涂层的表面都具有良好的疏水性能,与水的静态接触角分别为155.4°和148.9°。良好的疏水性能源于表面粗糙的微纳米级突起结构和表面存在密集分布的低表面能氟化物的协同作用。进行摩擦磨损试验后表面的突起结构受到一定的破坏,涂层的疏水性能有所下降,但是Al_2O_3/PTFE复合涂层仍然具有超疏水性。     

低温SiO_(2)气凝胶基复合相变材料的制备与性能分析EI北大核心CSCD

以SiO_(2)气凝胶为支撑材料,通过物理吸附法制备定形SiO_(2)气凝胶基复合相变材料(PCCs),再利用密封盒进行二次封装。探究SiO_(2)气凝胶与相变材料的最佳配比,并对复合相变材料的微观结构、化学成分、孔结构、相变特性、热可靠性、定形能力和隔热性能进行表征。结果表明:含有质量分数为80%相变材料的SiO_(2)气凝胶复合相变材料(LS-80)具有最佳吸附比,并且在相变过程中显示了良好的定形能力,其熔点和熔融潜热分别为-15.6℃和170.2 J/g;同时SiO_(2)气凝胶的成功吸附使得LS-80的比表面积、孔径和孔容大小下降至59 m^(2)/g,13 nm和0.2 cm^(3)/g;20次冷热循环后,封装后相变材料的相变潜热减少了13.4%,而SL-80只减少了2.8%,表现出良好的热可靠性能;SiO_(2)气凝胶的添加使得复合相变材料导热系数降低,隔热能力增强。该结果为SiO_(2)气凝胶复合相变材料在冷链物流领域的应用提供了实验依据。     

癸酸-肉豆蔻酸/硅藻土定形相变储能材料制备及性能研究

以癸酸(CA)与肉豆蔻酸(MA)复合制备的CA-MA二元低共熔脂肪酸为储能基元材料,硅藻土为储能载体,基于真空吸附法制备了CA-MA/硅藻土定形相变储能材料。采用FT-IR、SEM、DSC、TG对定形相变材料的结构、形貌和热性能等进行了分析。结果表明,CA-MA二元低共熔脂肪酸被吸附到硅藻土的孔道中,二者之间为物理结合。质量分数为45%CA-MA的定形相变材料,CA-MA在反复循环相变中未发生泄漏,其熔化、凝固相变温度分别为22.75、14.52℃,相变焓分别为67.03、66.85J/g,相变温度适中,相变焓高,热稳定性好,适用于建筑领域。     

二元脂肪酸/SiO2复合相变储能材料的制备与表征

针对适用于建筑领域的相变储能材料,选用癸酸(CA)分别与月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)和棕榈酸(PA)复合制备了二元低共熔脂肪酸作为储能材料。通过施罗德公式计算得到二元低共熔脂肪酸的混合比例和理论相变温度。基于CA-MA优异的性能,采用溶胶-凝胶法制备CA-MA/SiO2定形相变储能材料。采用FT-IR、SEM、DSC、TG对CA-MA/SiO2的结构、形貌、热性能和热稳定性进行了分析。结果表明,制备的3种二元低共熔脂肪酸适合于建筑领域。CA-MA较好地被固定在SiO2多孔网络中,储能材料和SiO2之间仅为物理结合,没有新物质的生成。定形相变储能材料的相变温度为20.96℃,相变焓为70.17J/g,相变温度适中,相变焓高,热稳定性好。     

超声辅助溶胶凝胶法制备硬脂酸/SiO2定形相变储能材料

在超声波的促进作用下, 以正硅酸乙酯为溶胶前驱体、 硬脂酸为相变组分, 经溶胶-凝胶过程制备了硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料。为了研究硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料的制备工艺, 考察了不同超声功率对材料制备过程中加强两相传质作用的辅助效果的影响以及不同种类催化剂对材料制备过程中溶胶-凝胶过程的影响, 最后确定出具有良好定形效果下材料的最大硬脂酸质量分数为60%。超声辅助酸碱复合催化法制备硬脂酸/SiO₂材料具有无需添加助溶剂和表面活性剂、 凝胶速度快、 方法简便的优点。对硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料进行了FTIR结构表征和DSC、 TG热性能及热稳定性测试, 产品的相变焓值达91.46 J/g, 在低于175℃具有良好的热稳定性。      

棕榈酸-十六醇/二氧化硅相变储能材料的低热固相合成与表征

以棕榈酸-十六醇(PA-HD)低共熔物为相变材料,硅酸钠为硅源,通过低热固相化学合成方法制备出棕榈酸-十六醇/二氧化硅相变储能材料(PA-HD/SiO2)。利用FT-IR,ESEM,DSC,融化-凝固曲线测试对材料的结构、形貌和性能进行表征。结果表明:当相变材料与硅酸钠质量比为2∶1时可实现相变材料的有效包覆,PA-HD/SiO2相变焓值和相变温度分别为102.35J·g-1和53.69℃,该定形复合相变材料具有良好的传热性能,因为包覆作用,使得相变材料的相变温度有所升高。     

PET基定形相变复合纤维的制备

采用静电纺丝技术成功制备了以5种脂肪酸二元低共熔混合物(LA-MA、LA-SA、MA-PA、MA-SA、PA-SA)为固液相变材料,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为支撑材料的定形相变复合纤维。研究了不同种类的脂肪酸二元低共熔物对复合相变纤维的形貌结构、储热性能以及力学性能的影响。研究结果表明这5种定形相变复合纤维的表面均呈现褶皱的形貌特征,同时纤维直径也明显增大。热分析结果表明当改变纤维中脂肪酸二元低共熔物的种类时,复合相变纤维的熔化温度和熔化焓值均随之而变化,其中熔化温度最低为33.23℃,最高为52.82℃,熔化焓值最低为62.75kJ/kg,最高为94.76kJ/kg。力学性能测试结果表明,由于脂肪酸二元低熔物的加入复合相变纤维的拉伸强度减小,断裂伸长率增大。     

十八烷/膨胀石墨定形相变材料的制备与性能

针对建筑节能储能材料的应用，采用真空吸附法制备了一系列十八烷含量不同的十八烷/膨胀石墨定形相变材料，通过微观形貌观察、渗漏性能测试、差式扫描量热分析和冷热循环稳定性分析探究膨胀石墨吸附十八烷的最佳含量以及其各项性能。通过分析得出，当十八烷的吸附量为90%(质量分数)时，该吸附含量下的十八烷/膨胀石墨定形相变材料综合性能最佳，其熔融焓和凝固焓值分别为188、186.9 J/g,与国内外不同复合相变材料相比，具有较高的焓值。通过50℃烘箱加热2 h后，也没有明显的十八烷渗出的现象，质量损失率均小于1%,说明其具备了较好的防渗漏性能和结构稳定性。     

聚丙烯/蒙脱土定形相变材料共混纤维的结构与性能

自制了蒙脱土定形蓄热功能粒子,通过熔融共混纺丝制备了聚丙烯/蒙脱土定形相变材料蓄热功能复合纤维。通过连续变倍体视显微镜观测、强伸试验、差热分析等手段,对复合纤维的结构及性能进行了研究。结果表明,掺混蒙脱土定形相变材料的复合纤维表面形态仍然光滑、圆润;当定形相变材料掺量为12%时,共混纤维相转变温度为34.8℃,相变焓为...     

丹宁酸刻蚀ZIF-67制备导热增强型定形相变材料的性能

为解决有机固-液相变材料(PCMs)导热系数低和相变易泄漏的难题,利用丹宁酸刻蚀ZIF-67制备碳基骨架作为支撑体(HX-C),硬脂酸(SA)为相变芯材,采用真空熔融吸附法构筑导热增强型定形相变材料(SA/HX-C)。为评估其储热能力,对热稳定性、储热性能、导热系数、定形能力及光热转换能力进行研究。同时,借助氮气等温吸附-脱附、傅里叶红外光谱、X-射线衍射和扫描电子显微镜进行表征。结果表明：丹宁酸刻蚀ZIF-67可实现对其碳化衍生物的扩孔作用,提高SA/HX-C的定形能力。所制备的SA/HX-C具有良好的储热性能、导热能力及光热转换性能。其中,刻蚀时间为6 min的复合相变材料(SA/H6-C)的储热效率可达80.84%,光热转化效率高达76.29%,导热系数(0.461 W/(m·K))相比于SA提高了156.11%。SA/H6-C在相变过程中无任何形貌变化和泄漏,重复循环储/放热100次后仍然具有良好的储热能力。     

癸酸-月桂酸/膨胀石墨相变储能材料的制备及性能研究

以癸酸-月桂酸低共熔物为相变材料,多孔石墨为基体,利用多孔石墨的吸附特性,制备出癸酸-月桂酸/膨胀石墨定形相变储能材料。采用DSC、ESEM、融化凝固过程分析对定形相变储能材料进行了结构和热性能研究。结果表明,癸酸-月桂酸被有效地包封在多孔石墨孔内,并且在定形相变材料中占80.47%(质量比);定形相变材料的相变温度为19.50℃,相变焓为93.18J/g;与癸酸-月桂酸相比,定形相变材料的导热性能有一定程度的提高。     

石蜡/膨胀珍珠岩定形相变材料的制备、封装及性能

为解决真空浸渍法制备的石蜡/膨胀珍珠岩复合相变材料在相变过程中石蜡泄露等问题,采用白乳胶对石蜡/膨胀珍珠岩复合相变材料进行封装。利用FT-IR测试分析封装后定形相变材料的化学结构,封装后定形复合相变材料无新物质生成,化学相容性良好。采用SEM与压汞法对膨胀珍珠岩与定形复合相变材料的孔隙特征及载体基质对石蜡吸附性进行表征,结果表明膨胀珍珠岩对石蜡吸附性能良好。封装后25与32~#石蜡/膨胀珍珠岩定形相变材料的相变温度基本保持不变,相变焓分别72.13和121.2 J/g。采用热重曲线对封装前后石蜡基定形复合相变材料热物性进行研究,封装后的定形复合相变材料热稳定性提升11.95%。     

改性硅藻土/脂肪酸定形相变材料的制备及性能

采用癸酸和月桂酸的二元低共熔混合脂肪酸为相变芯材,以经过高温焙烧和酸浸法进行改性处理的硅藻土作为基体材料,通过真空浸渍法制备改性硅藻土/脂肪酸定形相变材料,并采用不同的固-液分离工艺对定形相变材料进行干燥。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)和热循环实验等方法对改性硅藻土以及定形相变材料的物质成分、化学结构、热性能及稳定性等进行表征。结果表明,500℃高温焙烧5h和50%硫酸酸浸5h对硅藻土的改性效果良好,改性硅藻土的孔隙率和吸附性能明显提高;经抽滤干燥处理的定形相变材料热性能最优,改性硅藻土对脂肪酸相变材料的吸附率为42.7%,定形相变材料相变温度为17.68℃,相变潜热为66.65J/g,改性硅藻土能够对脂肪酸产生吸附和固定作用,定形相变材料表现出良好的热稳定性,可以用作保温、蓄热建筑材料。