微孔復(fù)合相變材料的研究與應(yīng)用.pdf

1、微孔復(fù)合相變材料是利用微孔材料比表面積大，具有豐富的孔體積，在內(nèi)部孔隙間填充大量的相變材料從而形成的一種定形相變復(fù)合材料，解決了普通相變材料相變儲熱少、易泄漏等問題。為了提高儲熱性能和熱穩(wěn)定性，本文探究超疏水/超親油微孔材料作為多孔載體，脂肪酸作為相變材料，采用熔融浸漬的方法制備微孔相變復(fù)合材料。
　　第一部分:選取超疏水/超親油單體，如1，3，5-三乙炔基苯合成微孔共軛聚合物作為相變材料的載體，通過調(diào)整單體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)載體的孔徑、孔

2、結(jié)構(gòu)的差異，使用微孔共軛聚合物吸附鏈長不同的脂肪酸，對其形態(tài)結(jié)構(gòu)和儲熱性能進行研究。研究發(fā)現(xiàn)微孔共軛聚合物具有較大的比表面積和超疏水/超親油的特點，CMP-2比表面積為689 m2g-1，接觸角為151°，是一種理想的載體，可自發(fā)吸附相變材料，并且保持很好的熱穩(wěn)定性。X-射線衍射(XRD)表明，在復(fù)合材料中相變材料的晶體結(jié)構(gòu)沒有改變。差示掃描量熱法分析(DSC)表明，微孔共軛聚合物/脂肪酸復(fù)合相變材料的儲熱范圍在103.3 kJ kg-

3、1到177.7 kJ kg-1，其中CMP-2/棕櫚酸復(fù)合相變材料吸熱峰和放熱峰分別為65.3℃和53.2℃，熔融和結(jié)晶相變潛熱分別為171.7 kJ kg-1和177.7 kJ kg-1，并且經(jīng)過300次冷熱循環(huán)后，相變潛熱仍然達到179.6 kJ kg-1和182.9 kJ kg-1，展現(xiàn)出良好的熱循環(huán)性能。
　　第二部分:石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，本研究通過硬模板法制備多孔石墨烯，以棕櫚酸作為相變介質(zhì)，制備復(fù)合相變材料

4、。碳酸鈣為硬模板制備了孔直徑0.5nm到5nm的多孔石墨烯，并以聚二甲基硅氧烷(PDMS)氣相沉積改性提高多孔石墨烯的親油性，接觸角為152.3°。經(jīng)熔融浸漬法制備PDMS改性多孔石墨烯/棕櫚酸復(fù)合相變材料，棕櫚酸的吸附量達80.2％，將石墨烯的多孔結(jié)構(gòu)完全填充均勻，XRD表明相變材料的結(jié)晶性質(zhì)沒有變化。DSC測得PDMS改性后的多孔石墨烯/棕櫚酸復(fù)合相變材料在熔融和結(jié)晶過程中，相變潛熱分別達到170.1 kJ kg-1和167.8 k

5、J kg-1。結(jié)果表明，超疏水/超親油多孔材料對于有機相變材料有更好的吸附作用，可望應(yīng)用于余熱回收和太陽能貯存等領(lǐng)域。
　　第三部分:對金屬材料進行改性，制備出泡沫鎳基疏水/超親油材料，并應(yīng)用于復(fù)合相變材料中，拓展了相變介質(zhì)的選擇范圍。使用浸漬的方式將石墨烯修飾在泡沫鎳骨架表面，經(jīng)PDMS改性后吸附脂肪酸制備復(fù)合相變材料。掃描電鏡及X射線光電能譜表明，泡沫鎳表面的石墨烯覆蓋均勻。PDMS改性后的載體具有疏水/超親油的性能，在高于熔

6、點的情況下，復(fù)合相變材料中的脂肪酸也難以泄漏。經(jīng)PDMS改性后的石墨烯-泡沫鎳/棕櫚酸復(fù)合相變材料在熔融和結(jié)晶過程中，相變潛熱分別達到126.34 kJ kg-1和123.41 kJ kg-1，與泡沫鎳/棕櫚酸復(fù)合相變材料相比，分別提高了362％和341％。
　　研究結(jié)果表明，通過疏水/超親油改性，可大幅提高復(fù)合相變材料的儲熱性能，具有能量密度高、穩(wěn)定性好，工藝步驟簡單等特點，可提高能源利用率，為超疏水/超親油材料在相變儲熱領(lǐng)域的