兩種相變復(fù)合材料的制備及其儲熱性能研究.pdf

1、相變材料（PCMs）能在相轉(zhuǎn)變時吸收或釋放大量的潛熱，從而使其被大量的應(yīng)用于建筑節(jié)能、室內(nèi)保暖、可調(diào)溫紡織品、軍事和航天領(lǐng)域等。本文以聚丙烯和氮化硼為基體材料，制備了兩類相變復(fù)合材料。
　　第一部分將聚丙烯溶于對二甲苯，借助冷凍干燥的方法制備了聚丙烯的氣凝膠。通過吸附相變物質(zhì)，如石蠟、硬脂酸（SA）、肉豆蔻酸（MA）等，制備了聚丙烯基相變復(fù)合材料。通過 SEM，表明聚丙烯氣凝膠內(nèi)部是多孔結(jié)構(gòu)，相變物質(zhì)被吸附到了聚丙烯的多孔結(jié)構(gòu)中。

2、通過 EDS，表明聚丙烯氣凝膠吸附相變物質(zhì)是比較均勻的。BET分析結(jié)果表明聚丙烯氣凝膠的比表面積為38.66 m2g-1，在相對壓力 P/Po為0.97時測試得到的孔體積為0.17 cm3g-1，孔徑分布主要集中在22.54 nm。DSC測試結(jié)果表明聚丙烯氣凝膠不論吸附石蠟，還是硬脂酸、肉豆蔻酸等相變物質(zhì)，均能達(dá)到相變物質(zhì)本身75%左右的儲能密度，經(jīng)過30次的冷熱循環(huán)，測得聚丙烯氣凝膠對石蠟的吸附質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了900%；經(jīng)過50次冷熱循

3、環(huán)的聚丙烯/石蠟（PP/Paraffin）相變復(fù)合材料的熔融焓也沒有明顯的降低，且他們的 DSC曲線幾乎重合。導(dǎo)熱分析測試結(jié)果表明聚丙烯/石蠟相變復(fù)合物的熱導(dǎo)率比純石蠟的至少提高了一倍，說明聚丙烯氣凝膠有助于增強(qiáng)熱導(dǎo)率。
　　第二部分利用異丙醇充分溶解硬脂酸和不同比例的氮化硼，得到了幾種比例的二元相變復(fù)合材料。通過SEM和TEM可以清晰的觀察到氮化硼的片層結(jié)構(gòu)，F(xiàn)TIR表明了混合后的相變復(fù)合物沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。XRD結(jié)果表明了氮化

4、硼的相變復(fù)合材料仍然保持著良好的結(jié)晶性能。DSC測試結(jié)果表明氮化硼的相變復(fù)合材料的放熱溫度均在50℃，適當(dāng)?shù)奶砑拥饘τ谔岣呦嘧儩摕崾欠浅Ｓ欣?。過冷度分析表明，氮化硼的添加使復(fù)合材料的過冷度都降至10℃以下，說明其對于降低相變物質(zhì)的過冷度很有幫助。通過測試樣品的熱導(dǎo)率，結(jié)果表明添加少量的氮化硼對于熱導(dǎo)率的提高明顯。
　　第三部分通過化學(xué)還原法制備了氮化硼/石墨烯（BG）的凝膠，再用冷凍干燥制備了氣凝膠，最后對相變物質(zhì)進(jìn)行吸附制

5、備了氮化硼-石墨烯-硬脂酸（BGS）三元相變復(fù)合物材料。通過 SEM觀察，石墨烯氣凝膠的內(nèi)部呈疏松多孔結(jié)構(gòu)，二維的石墨烯片層發(fā)生了扭曲并聯(lián)結(jié)到一起，石墨烯氣凝膠與硬脂酸復(fù)合后，內(nèi)部幾乎沒有孔隙，與氮化硼復(fù)合后則依然有許多孔隙存在。通過 FTIR測試表明氮化硼和硬脂酸的特征吸收峰明顯，且石墨烯和氮化硼復(fù)合后沒有新的吸收峰。XRD測試結(jié)果說明氮化硼和石墨烯的添加對硬脂酸的兩個特征峰沒有影響。吸附性能測試發(fā)現(xiàn)石墨烯氣凝膠的吸附倍率為15.11

6、倍，而少量氮化硼添加的三元相變復(fù)合材料擁有更高的吸附倍率，達(dá)到了18.52倍。DSC結(jié)果表明氮化硼-石墨烯-硬脂酸相變復(fù)合物和純相變物質(zhì)的相變溫度相差很小，少量添加氮化硼時其儲能密度達(dá)180 J g-1，其它三元復(fù)合物的儲能密度大多在150-160 J g-1左右，并且添加少量氮化硼的三元相變復(fù)合物的潛熱值要比未添加的石墨烯/硬脂酸的潛熱值高出15%左右。熱導(dǎo)率測試結(jié)果表明，三元相變復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨著氮化硼含量的增加而增加，說明氮化硼