聚乙二醇正十六烷基醚接枝氧化石墨烯相變材料的制備及性能研究.pdf

1、聚乙二醇正十六烷基醚(EnC16)通常用作非離子型表面活性劑，本課題組率先將其作為一種相變材料使用，因其具有高的儲熱密度、等溫操作特性和極好的熱穩(wěn)定溫度等特點。然而，它卻是一種典型的固-液相變材料，在相變過程中直接利用容易發(fā)生泄漏等問題。氧化石墨烯(GO)是一種二維層狀結(jié)構(gòu)的碳材料，它因為具有優(yōu)異的物理化學性能，得到了研究者廣泛的青睞而被應(yīng)用于各個領(lǐng)域的研究。
　　本實驗主要分為三個部分，第一部分主要制備了二乙二醇正十六烷基醚-g

2、-氧化石墨烯(E2C16-g-GO)固-固相變材料。以二乙二醇正十六烷基醚(E2C16)為功能物質(zhì)，在N,N-二環(huán)己基碳二亞胺/4-二甲氨基吡啶(DCC/DMAP)催化體系下通過酯化反應(yīng)接枝到GO納米片上制備了固-固相變材料，研究表征了不同配比(E2C16∶GO=2∶1-7∶1mass％)和不同反應(yīng)時間(3h、6h、9h、12h、15h)對產(chǎn)物熱性能的影響，確定了最優(yōu)的反應(yīng)參數(shù)和制備了最佳的產(chǎn)物。第二部分則選擇不同重復(fù)單元數(shù)(n=2、1

3、0、20)的EnC16作為功能物質(zhì)與GO發(fā)生酯化反應(yīng)，制備了聚乙二醇正十六烷基醚-g-氧化石墨烯（EnC16-g-GO）相變材料，研究了不同重復(fù)單元數(shù)n對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能的影響。第三部分以GO為載體物質(zhì)，以E2C16為功能物質(zhì)，通過酯化反應(yīng)制備一系列E2C16/GO復(fù)合相變材料。這種復(fù)合相變材料中既有E2C16-g-GO固-固相變材料又有E2C16固-液相變材料。其中E2C16-g-GO固-固相變材料不僅作為支撐材料而且也作為工作物質(zhì)。探

4、究了不同GO投料量(0％、0.5％、1％、1.5％、2％、4％、6％)對E2C16/GO復(fù)合相變材料結(jié)晶性能和相變性能的影響，研究了E2C16-g-GO和E2C16之間的協(xié)同相變效應(yīng)。利用傅里葉變換紅外(FTIR)、拉曼光譜(Raman)、X射線衍射(XRD)、差示掃描量熱法(DSC)、熱重分析(TGA)等測試儀器和表征方法對其結(jié)構(gòu)和性能進行了表征。
　　結(jié)果表明，當E2C16和GO質(zhì)量比為6∶1，反應(yīng)時間為6h時，我們制備了熱性

5、能最佳的E2C16-g-GO固-固相變材料，它具有適宜的相變溫度和較高的相變熱焓。熔融溫度和結(jié)晶溫度分別為43.3℃和29.4℃。熔融焓和結(jié)晶焓分別為70J/g和72J/g。而且，E2C16-g-GO不僅具有很好的熱穩(wěn)定性和形狀穩(wěn)定性，還具有極好的熱可靠性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對長期儲熱應(yīng)用有著積極意義。而將不同重復(fù)單元數(shù)的EnC16共價接枝到GO納米片上，我們制備了EnC16-g-GO相變材料(GEn)，它的結(jié)晶行為和熱性能受EnC16重復(fù)單

6、元數(shù)n的影響。當n=2時，GE2接枝共聚物的結(jié)晶以正十六烷基鏈結(jié)晶為主，表現(xiàn)出較高的相變熱焓和較好的熱穩(wěn)定性;當n≥10時，GEn接枝共聚物的結(jié)晶逐漸以乙二醇重復(fù)單元鏈結(jié)晶為主，并且兩種結(jié)晶鏈段存在結(jié)晶競爭，使得它的熱相變性能也明顯降低。在以GO為載體材料，E2C16為功能材料制備的E2C16/GO復(fù)合相變材料(FPCMs)中，不僅有通過酯化反應(yīng)接枝到GO表面制備的E2C16-g-GO固-固相變材料，還有通過物理吸附在GO表面的E2C1