石墨填料的形態(tài)和面向尺寸對復合相變材料傳熱特性影響的實驗研究.pdf

1、熱能存儲是應對能源危機、提高熱能利用效率的有效手段。采用有機相變材料的相變潛熱進行能量存儲具有安全穩(wěn)定、相變過程近似恒溫等優(yōu)點，得到迅速發(fā)展。然而，有機相變材料導熱系數(shù)低(～0.2W/(m·K))的缺陷嚴重限制了其使用范圍。目前，將高導熱的顆粒添加到有機相交材料中制備復合相變材料是增強其傳熱能力最受關注的方法。石墨因其導熱系數(shù)高(＞100 W/(m·K))、密度小等特點，日益成為添加物的首選材料。
　　首先利用真空吸附法制備不同飽

2、和吸附量膨脹石墨(EG)/十六醇復合相變材料，綜合運用SEM、XRD、FT-IR等手段研究了材料的形態(tài)、結構和化學穩(wěn)定性，對比研究了吸附量對導熱系數(shù)的影響。EG的多孔結構對液態(tài)相變材料具有較強的吸附定型作用，吸附量越大，導熱系數(shù)越小。以十二酸為基體材料時變化趨勢相似。超聲震蕩(300W，10s)得到的石墨納米片(GNS)對導熱系數(shù)的強化效果優(yōu)于EG。在此基礎上，通過控制超聲震蕩時間得到不同面向尺寸的GNS，研究了GNS的添加量、尺寸和溫

3、度對十六醇基復合相變材料導熱系數(shù)的影響。導熱系數(shù)隨著GNS添加量的增加均近似線性增長，面向尺寸越大，強化效果越好。Nielsen模型在形狀因子A取100至180時可以較好的預測實驗值。導熱系數(shù)對溫度幾乎無依賴性。此外，對比研究了石墨的形狀和種類對復合物傳熱特性的影響，片層狀的鱗片石墨效果最好，多孔碳最差，二維平面結構的石墨烯（GNP）強化效果優(yōu)于碳納米管。綜合對比以上各種石墨材料強化導熱效果，雖然基體材料不同，超聲震蕩30min得到的G

4、NS-30導熱強化效果與GNP相當。
　　其次，針對上述導熱強化效果最好的兩種石墨材料(EG、GNS)，實驗中利用DSC對相關樣品的相變溫度（T）、相變潛熱（L）進行測試，并解釋了相變潛熱變小的原因。石墨的加入對相變溫度的的影響無明顯規(guī)律，相變焓減小，小于計算值。GNS的尺寸對相變溫度和相變焓的作用規(guī)律不明顯。
　　最后本文搭建了相變傳熱實驗臺，采用時間-溫度法分別測試純十六醇及復合相變材料儲熱單元的相變傳熱過程，探究石墨的