多孔復(fù)合相變儲熱材料的制備及儲熱性能研究.pdf

1、多孔材料具有大量的孔隙結(jié)構(gòu)和大比表面積的特征。利用多孔材料對固-液相變儲熱材料進(jìn)行封裝處理，制備成定形復(fù)合相變儲熱材料，可以解決固-液相變材料易泄漏的問題，同時也可以提高其熱傳導(dǎo)能力。為此，本文制備了多孔凹凸棒、煙灰炭氣凝膠和聚二甲基硅氧烷改性煙灰炭-泡沫鎳三種多孔材料，并以它們?yōu)檩d體材料，硬脂酸（SA）、棕櫚酸（PA）、肉豆蔻酸（MA）等脂肪酸為固-液相變物質(zhì)，采用真空熔融浸漬法制備多種多孔復(fù)合相變材料。采用掃描電鏡（SEM）、透射電

2、鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、差示掃描量熱法（DSC）、熱重分析法（TG）等方法對制備的多孔材料和復(fù)合相變材料進(jìn)行測試和表征，研究了多孔材料的孔隙特征和復(fù)合相變材料的儲熱性能。
　　第一部分：利用聚丙烯酰胺水凝膠作為分散系，在其聚合過程中將凹凸棒超細(xì)粉末分散其中，通過熱解處理后，得到具有相互聯(lián)接的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凹凸棒。它的平均孔徑為13.3 nm，比表面積為65 m2 g-1，孔體積為0.218 cm3 g-1，而且孔壁多

3、由凹凸棒納米棒晶構(gòu)成的薄層組成。在真空條件下，多孔凹凸棒吸附熔融的硬脂酸等脂肪酸制得穩(wěn)定的脂肪酸/多孔凹凸棒復(fù)合相變材料。結(jié)果顯示：脂肪酸主要附載在多孔凹凸棒的較小孔隙內(nèi)。這些復(fù)合相變材料的相變潛熱介于72.57 J g-1～82.36 J g-1之間，具有較高的儲熱能力。而且這些復(fù)合相變材料在150℃內(nèi)沒有泄漏，具有良好的熱穩(wěn)定性。這些復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.379 W m-1 K-1～0.422 W m-1 K-1，從而改善了脂

4、肪酸的導(dǎo)熱能力。結(jié)果表明所制備的脂肪酸/多孔凹凸棒復(fù)合相變儲熱材料具有潛在的良好應(yīng)用前景。
　　第二部分：利用煙灰炭制備了一種較低密度的多孔煙灰炭氣凝膠。分析表明它是由大量孔徑為25～60 nm的煙灰炭顆粒構(gòu)成的大團(tuán)聚體組成。多孔煙灰炭具有介孔性質(zhì)，并且平均孔徑為15.3 nm。由于這種多孔煙灰炭具有較高的 BET比表面積（85 m2 g-1）和孔體積（0.324 cm3 g-1），棕櫚酸等脂肪酸很容易被吸附進(jìn)入多孔煙灰炭內(nèi)，形成

5、穩(wěn)定的脂肪酸/多孔煙灰炭復(fù)合相變材料。這些復(fù)合相變材料的熔融相變潛熱介于83.42 J g-1～99.63 J g-1之間，結(jié)晶相變潛熱介于71.64 J g-1～99.33 J g-1之間，甚至棕櫚酸/多孔煙灰炭在進(jìn)行300次冷熱循環(huán)實驗后，它的熔融相變潛熱和結(jié)晶相變潛熱分別為84.73 J g-1和86.24 J g-1，潛熱損失少，表明復(fù)合相變材料具有較高的相變潛熱和良好的循環(huán)利用能力。與脂肪酸的導(dǎo)熱系數(shù)相比，這些復(fù)合相變材料的導(dǎo)

6、熱系數(shù)更高（0.360 W m-1 K-1～0.441 W m-1 K-1），表明多孔煙灰炭載體強化了脂肪酸的導(dǎo)熱性能。這些結(jié)果表明脂肪酸/多孔煙灰炭復(fù)合相變儲熱材料很有可能成為傳統(tǒng)固-液相變材料的一個理想的替代者。
　　第三部分：采用浸涂法和氣相沉積技術(shù)對泡沫鎳進(jìn)行修飾和改性處理，制備得到具有超疏水/超親油表面的煙灰炭附載泡沫鎳材料（PDMS-CS-NF）。材料與水、油的接觸角分別是158°和0°。以這種修飾改性后的泡沫鎳材料為

7、多孔載體，肉豆蔻酸等脂肪酸為相變物質(zhì)，制備出了穩(wěn)定的固-固形態(tài)的脂肪酸/PDMS-CS-NF復(fù)合相變材料。通過掃描電鏡可以看出炭層顆粒表面被肉豆蔻酸包覆，材料網(wǎng)格表面變得光滑平整，結(jié)構(gòu)變得緊密均勻。肉豆蔻酸/PDMS-CS-NF復(fù)合相變材料的熔融相變焓為67.35 J g-1，結(jié)晶相變焓為62.36 J g-1，具有較高的儲熱能力。此外，這種復(fù)合相變材料在150℃內(nèi)復(fù)合相變材料沒有泄漏，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明通過煙灰炭附載處理和