復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的制備及其性能研究.pdf

1、面對(duì)能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，如何節(jié)約能源和提高能源的利用率受到人們廣泛的關(guān)注，利用相變材料(phase change materials，PCMs)進(jìn)行潛熱儲(chǔ)能的研究在國(guó)內(nèi)外深受重視，其中固-液復(fù)合相變材料的制備與研究已成為儲(chǔ)能領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
　　固-液復(fù)合相變儲(chǔ)能材料可以有效地解決相變材料在發(fā)生相變時(shí)易泄漏而需要封裝的問(wèn)題，但其存在的缺陷是復(fù)合相變材料的形成會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)熱能力下降，同時(shí)復(fù)合相變材料經(jīng)過(guò)多次冷熱循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，選

2、擇性能良好的基體材料制備固-液復(fù)合相變材料可以有效地解決和改善這些缺陷。
　　本研究通過(guò)不同的方法制備了不同的固-液復(fù)合相變材料，其一，以硬脂酸為相變材料，以埃洛石(halloysite nanotubes，HNTS)為基體材料，以埃洛石/二甲基亞砜為前軀體，通過(guò)取代的方法制備了硬脂酸/埃洛石復(fù)合相變材料；其二，分別以聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)、癸酸-硬脂酸(capric-stearic acid，

3、CA-SA)低共熔物為相變材料，以埃洛石為基體材料，以無(wú)水乙醇為溶劑，采用液相插層法制備了聚乙二醇/埃洛石復(fù)合相變材料、癸酸-硬脂酸/埃洛石復(fù)合相變材料。利用X-射線衍射(XRD)確定了埃洛石的晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)掃描電鏡(SEM)觀察了埃洛石及復(fù)合相變材料的微觀形貌，利用綜合熱分析儀(TG-DSC)測(cè)定了復(fù)合相變材料的相變溫度，相變潛熱以及表征了復(fù)合相變材料的熱穩(wěn)定性，通過(guò)紅外光譜(FT-IR)分析對(duì)復(fù)合相變材料之間的嵌合關(guān)系進(jìn)行了表征。<

4、br>　　研究結(jié)果表明：
　　1、硬脂酸/埃洛石復(fù)合相變材料中，埃洛石的層間距由0.74 nm增大到3.92 nm，插層率達(dá)到了95.4％，埃洛石的內(nèi)表面羥基與硬脂酸的羰基形成了氫鍵，其外層硅氧面上的氧與硬脂酸的羥基形成了氫鍵，復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的相變溫度為50.3℃，相變焓為103.9 J/g，經(jīng)過(guò)500次冷熱循環(huán)后仍然具有較好的兼容性、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。
　　2、以聚乙二醇6000為相變材料、埃洛石為基體材料，采用無(wú)水

5、乙醇夾帶的方法制備出了聚乙二醇/埃洛石復(fù)合相變材料。借助于SEM、FT-IR和TG-DSC等手段對(duì)復(fù)合相變材料的形貌特征、吸附效果、復(fù)合機(jī)理及熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：復(fù)合相變材料中聚乙二醇的適宜含量為65％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，相變材料含量為65％的復(fù)合相變材料的相變溫度為58.7℃、相變焓為105.6 J/g，經(jīng)過(guò)500次冷熱循環(huán)后仍具有較好的兼容性、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。
　　3、癸酸-硬脂酸/埃洛石復(fù)合相變材料中，由于埃洛

6、石的活性表面，癸酸-硬脂酸低共熔物插層到埃洛石層間，其羰基與埃洛石的內(nèi)表面羥基形成了氫鍵，另外由于毛細(xì)管作用及內(nèi)表面活性，癸酸-硬脂酸低共熔物的羥基與埃洛石管狀晶體結(jié)構(gòu)的外層硅氧面上的氧形成了氫鍵，他們之間并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致新物質(zhì)的生成，復(fù)合相變材料中脂肪酸的含量應(yīng)該控制在60％以內(nèi)；脂肪酸含量為60％的復(fù)合相變材料的相變溫度為27.9℃，相變潛熱為92.6 J/g，在低溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)中具有較廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)過(guò)連續(xù)500次冷熱循環(huán)后，

7、復(fù)合相變材料的相變溫度和相變潛熱變化較小，具有較好的兼容性、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。
　　4、聚乙二醇1000和埃洛石制備的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料中，綜合考慮儲(chǔ)熱性能和使用安全性，其中聚乙二醇的最高吸附量為65％，相變材料含量為65％的復(fù)合相變材料的相變溫度為27.8℃，相變潛熱為85.25 J/g，可以較好地運(yùn)用到低溫儲(chǔ)熱領(lǐng)域中，經(jīng)過(guò)500次冷熱循環(huán)后，其相變溫度和相變潛熱變化不大，具有較好的熱性能、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，聚乙二醇與埃洛

8、石之間只是簡(jiǎn)單的嵌合作用，沒有發(fā)生化學(xué)變化導(dǎo)致新物質(zhì)的生成。
　　本論文的創(chuàng)新之處是：首次研究了以埃洛石作為基體材料，采用二甲基亞砜取代法制備了硬脂酸/埃洛石復(fù)合相變材料，對(duì)其制備方法及復(fù)合相變材料的性能進(jìn)行了研究，復(fù)合相變材料儲(chǔ)熱能力較高，經(jīng)過(guò)多次冷熱循環(huán)后仍然具有較好的熱性能、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；另外首次通過(guò)液相插層法制備了相變材料分別為聚乙二醇、癸酸-硬脂酸低共熔物的復(fù)合相變材料，制備出的復(fù)合相變材料同樣具有較高的儲(chǔ)熱能力