石墨烯相變材料論文

1、 石墨烯相變材料的研究摘要：隨著熱管理及熱存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，儲(chǔ)熱技術(shù)逐漸扮演著越來(lái)越重要的角色，于此同時(shí)尋找高性能的儲(chǔ)熱材料也成為了研究熱潮。近年來(lái)，相變材料的發(fā)展為儲(chǔ)熱技術(shù)帶來(lái)了福音，相比于其他熱導(dǎo)率低，儲(chǔ)熱性能差的儲(chǔ)熱材料，相變材料有著天然的優(yōu)勢(shì)。而在相變材料中，石墨烯相變材料是如今發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)熱性能最優(yōu)異的相變材料，通過(guò)將石墨烯作為填充材料，相變材料的儲(chǔ)熱能力大大提升。關(guān)鍵詞： 熱存儲(chǔ) 相變材料 儲(chǔ)

2、熱材料 石墨烯前言：在熱能的存儲(chǔ)和利用過(guò)程中，常常存在于在供求之間在時(shí)間上和空間上不匹配的矛盾，如太陽(yáng)能的間歇性，電力負(fù)荷的峰谷差，周期性工作的大功率器件的散熱和工業(yè)余熱利用等。相變儲(chǔ)能材料通過(guò)材料相變時(shí)吸收或釋放大量熱量實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和利用，可有效解決能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾。因此，相變儲(chǔ)能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于具有間歇性或不穩(wěn)定性的熱管理領(lǐng)域，如航空航天大功率器件的管理，周期性間歇式電子工作器件的散熱，太陽(yáng)能利用，電力的“移峰填

3、谷”，工業(yè)廢熱余熱的回收利用，民用建筑的采暖及空調(diào)的節(jié)能領(lǐng)域等。近年來(lái)，相變儲(chǔ)能技術(shù)成為能源科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)十分活躍的前沿研究方向。相變儲(chǔ)能材料具有儲(chǔ)能密度大儲(chǔ)能釋能過(guò)程近似恒溫的特點(diǎn)。但多數(shù)相變儲(chǔ)能材料存在熱導(dǎo)率低，換熱性能差等缺點(diǎn)。采用具有高導(dǎo)熱，低密度，耐腐蝕和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)的碳材料對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，可有效提高系統(tǒng)換熱效率。常用的固-液定型相變儲(chǔ)能材料實(shí)際上是一類復(fù)合相變材料，主要是由兩種成分組成：一是工作物質(zhì)；二是載

4、體基質(zhì)。工作物質(zhì)利用它的固-液相變進(jìn)行儲(chǔ)能工作物質(zhì)可以是各種相變材料，如石蠟，硬脂酸，水合鹽，無(wú)機(jī)鹽和金屬及其合金材料。載體基質(zhì)主要是用來(lái)保證相變材料的不流動(dòng)性和可加工性，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化傳熱。石墨烯是一種新型碳材料，它具有由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀緊密堆積結(jié)構(gòu)。它是構(gòu)建其他維度炭質(zhì)材料的基本單元。石墨烯本身具有非常高的導(dǎo)熱系數(shù)，并兼具密度小，膨脹系數(shù)低和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)有望成為一種理想型散熱材料。將石墨烯作為強(qiáng)化傳熱載體，有可能克

5、服單一相變材料熱導(dǎo)率低的缺點(diǎn)，縮短復(fù)合體系熱響應(yīng)時(shí)間，提高換熱效率實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料傳熱和儲(chǔ)熱一體化。本文通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)以及親自做實(shí)驗(yàn)得出了一些數(shù)據(jù)和結(jié)論。正文1.根據(jù)同濟(jì)大學(xué)田勝力、張東、肖德炎、向陽(yáng)等人2006年在《材料開發(fā)與應(yīng)用》上發(fā)表的文章，他們對(duì)脂肪酸相變儲(chǔ)能材料的熱循環(huán)行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究試驗(yàn)。試驗(yàn)選用了化學(xué)純的癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕櫚酸等四種脂肪酸為研究對(duì)象，利用差示掃描量熱技術(shù)（DSC）測(cè)定了經(jīng)過(guò)56次、112次、200

6、次和400次反復(fù)熱循環(huán)的相變材料的融化溫度和融化潛熱，加速熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果顯示：癸酸融化溫度范圍變窄了4℃左右，肉豆蔻酸融化溫度范圍變寬了3℃左右，月桂酸和棕櫚酸的融化溫度范圍變化不明顯，其中以棕櫚酸的融化溫度3.2012年6月來(lái)自于中國(guó)科學(xué)院能源轉(zhuǎn)換材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海硅酸鹽研究所的周雅娟，黃富強(qiáng)等人發(fā)表了一篇名為太陽(yáng)能材料和太陽(yáng)能電池的論文，這篇論文重點(diǎn)講解了他們最新研制出的一種由石墨烯三維氣凝膠（GA）和硬脂酸（OA）組成的相變材料

7、。GA是通過(guò)石墨烯氧化物在熱水表面反應(yīng)制得，三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的空隙尺寸只有幾微米而且薄壁墻是石墨烯片層堆積而成，OA通過(guò)GA的毛細(xì)管力牽引下進(jìn)入到GA中。GA/OA復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性達(dá)到了2.635W/mk，是OA的14倍。GA/OA復(fù)合材料的短暫升溫和冷卻過(guò)程是在為熱能量存儲(chǔ)做準(zhǔn)備。GA是一種低密度材料因此在復(fù)合材料中僅占15%的比重，這種復(fù)合材料能夠大大減少或消除材料內(nèi)部的熱電阻，表現(xiàn)出一種高儲(chǔ)熱的能力，達(dá)到181.8J/g，與獨(dú)立的

8、OA材料非常接近，研究中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)相變材料的熱儲(chǔ)存能力都較低，為了提高材料的熱傳遞能力，金屬泡沫添加劑進(jìn)入了專家們的視野，然而他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)金屬泡沫添加劑與原材料不兼容。經(jīng)過(guò)數(shù)次實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，石墨烯材料具有很好的熱穩(wěn)定性和熱傳遞能力，并且與原材料兼容。由石墨烯片層組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在相變材料領(lǐng)域有著巨大的潛力。4.來(lái)自于浙江杭州輻射研究所的邢芳，李悟凡等人發(fā)表了關(guān)于烷烴類相變材料的文章。烷烴及其混合物由于自身的中低溫度熱能量?jī)?chǔ)存能力