聂光华[1]2001年在《相变储热材料水合盐的热导率的测定》文中研究说明本文介绍了相变储热材料的研究状况，阐述了测定热导率的原理以及常见的测定热导率的几种方法。详细介绍了用热敏电阻测量热导率的装置和原理，这是一种瞬时相对法。此方法测试精度高，操作简便，快捷，设备简单。可用于低熔点固体和液体的热导率的测定。我们用这种方法首次成功地测定了10种水合盐从10℃到80℃的热导率，克服了由于对流和热辐射而影响实验结果的困难。 在实验中，用已知热导率的四种参考物质标定了实验装置，所用参考物质的相对误差为±2％。实验结果分别给出了10种水合盐每隔5K的热导率的实验值，并对它们的相变温度进行了确定，所得相变温度的实验值与文献值基本一致。最后对实验结果进行了讨论，并对误差进行了分析。获得了满意的实验结果。 水合盐的相变潜热大，价格便宜，是100℃以下的重要储热材料。实际应用中，热导率是相变储热材料不可缺少的热物性数据之一。我们的测定数据能满足10—80℃的温度范围的实际需要。
陈龙[2]2017年在《复合相变储热材料的性能研究》文中认为相变材料(PCM)是一类具有广阔应用前景的储热材料。但是,PCM的导热系数较小,限制了其应用领域。本文以石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯/铜为添加剂,分别制备了不同成分的相变储热材料,测试了不同复合相变储热材料的性能。测试结果表明,在PCM中加入导热介质后其密度减小、体积膨胀系数下降、相变温度点降低、相变潜热减小、导热系数值变大。对于同种导热介质,不同质量含量组成的复合相变储热材料,测试其性能。同种导热介质含量的变化导致复合相变储热材料性能也发生变化。例如:加入石墨烯与PCM制备的复合相变储热材料,随着石墨烯含量的增加,其密度呈递减趋势、体积膨胀系数变化无特定规律、热导率呈递增趋势。本文通过复合相变储热材料性能的研究,获得了复合相变储热材料的性能,揭示了储热材料的导热机理,对装置实现温度控制提供了理论参考。为了提高精密测量装置的隔热性能,降低外界温度变化对设备采集精度的影响,本文采用ANSYS软件模拟了精密装置在测试过程中的热变换过程。结果表明,隔热层对热量的运动有阻碍作用,使装置内温度的变化速率减慢,但是装置内外温度在短时间内快速达成一致。实际测试结果证明了这一模拟结论。本文依据制备出的复合相变储热材料的性能特征,采用具有高导热性能的复合相变储热材料对精密装置进行了温控处理。在-40～60℃环境温度下,测试装置内温度变化情况。测试结果表明:装置内最大温差不超过28℃,是外界温差的28%;整个测试过程装置内温度变化速率缓慢,最大温度变化速率为4.77℃/h,而外界温度变化速率为60℃/h。加入复合相变储热材料后装置的储热性能获得提高,装置内温度变化缓慢且其温差远远小于外界温差。
孟多[3]2010年在《定形相变材料的制备与建筑节能应用》文中研究指明利用相变材料的潜热蓄热功能达到建筑调温、余热存储、辅助蓄热、太阳能储存利用等作用,是目前最受瞩目的实现建筑节能的有效方法和研究方向之一。本文制备了以脂肪酸及其二元低共熔物为相变蓄热芯材,分别以有机高分子聚合物和无机纳米材料为基体的免封装、定形相变蓄热材料,用石墨作改进剂提高定形相变材料的热导率,并用数值模拟和实验法对定形相变材料的节能效果进行了预测和检验。以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为基体原料,以脂肪酸及其低共熔物为相变蓄热介质,采用本体聚合法制备了脂肪酸／聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合定形相变材料。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、偏光显微镜、差式扫描量热、热重分析、力学性能试验等手段对脂肪酸/PMMA定形相变材料的结构、相变行为和性能进行了测试。结果表明：复合材料是脂肪酸与PMMA的物理共混体系,脂肪酸被包覆在PMMA基体中,从而在吸热熔化后不会发生宏观流动和渗漏,为定形固-液相变材料；定形相变材料的相变温度范围为20.26～53.78℃,相变焓在59.29～86.35 J/g之间,与所对应的脂肪酸的熔点和熔化焓相当；由于PMMA的存在,使脂肪酸的热分解稳定性得到了有效提高,其主要失重区域温度向高温方向拓展近30℃,可见PMMA作为一种起到固定、包覆作用的基体,对脂肪酸的热性质起到了有效的保护作用；加速热循环试验后定形相变材料的相变温度和相变焓的变化较小,证明定形相变材料具有可靠的长期稳定性；定形相变材料的体积膨胀性较纯脂肪酸明显下降,导热系数约为0.27 W·m-1·K-1,常温的力学性能较好,具有一定的调温作用；考察不同LA-MA掺量对LA-MA/PMMA定形相变材料性能的影响,结果表明定形PCM的相变焓随着LA-MA掺量的增加而增大,相变温度基本不变,体积膨胀系数、力学性能随LA-MA掺量的增加而下降,综合考虑定形PCM的使用性能,认为脂肪酸的添加量不宜大于70 wt%。为改善脂肪酸/PMMA定形相变材料的热导率,以石墨为导热改进剂,通过改性-共混的方式将石墨与定形相变材料混合。改性石墨粉在脂肪酸/PMMA复合基体中分布均匀,石墨的添加不会改变定形PCM的化学组成结构,叁者具有良好的相容性；由于石墨本身对脂肪酸均具有一定的吸附作用,复合PCM的相变温度稍有增加；石墨填充量较小时,由于复合材料内部孔隙较多,密度显着减小,随着石墨填充量的增加,复合材料的密度变大,体积变化率下降,复合材料的抗压强度逐渐降低,弯曲强度先缓慢增加后显着下降。石墨可以明显提高定形PCM的导热性能,随着石墨添加量的增加,复合材料的热导率初始变化缓慢,当添加量达到10wt%时,热导率显着增加,当石墨质量百分含量为15%(体积分数为30%)时,复合PCM的热导率达到0.509W·m-1·K-1,是脂肪酸/PMMA的195.9%,与一般无机相变材料的导热系数相当。利用4个经典的粒子填充型聚合物基复合材料热导率预测模型计算复合PCM的导热系数,由于石墨对脂肪酸具有吸附作用,填充后在复合材料中的体积分数与通过填充量计算得到体积分数存在误差,因此几个粒子填充型聚合物基复合材料的导热预测模型并不能准确描述其热导率的改善状况,其中吻合度较高的是Nidsen-Lewis模型。以工业水玻璃为硅源材料,以CA-LA为相变芯材,采用溶胶-凝胶法在弱酸性条件下制备脂肪酸/SiO2纳米定形相变材料。确定最佳制备条件为硅酸：脂肪酸：硅烷偶联剂(质量比)=1：1：0.1,反应环境pH=4.8,无水乙醇的添加量不宜超过硅酸的7.5wt%；制备的复合相变材料相变芯材脂肪酸的包覆量为46 wt%,相变温度为20℃左右,相变焓为71.02 J/g,热重分析和热循环试验结果表明该复合材料在100℃以下基本没有质量损失,反复吸放热后热性能稳定；复合相变材料的导热系数为0.178 W·m-1·K-1,导热系数满足保温材料的使用要求,20～20.6℃范围内具有相变调温、控温的效能。提出利用相变蓄能率评价定形相变蓄热板的工作效率,并基于传热理论推导出相变蓄热率计算公式为将定形相变蓄热板应用在房间地板,建立简化的房间传热模型,模拟了不同地区、不同气候条件下应用定形相变蓄热地板的建筑节能效果,结果表明在不同地区的不同气候条件下,使用定形相变蓄热板作地板采暖系统能够基本满足建筑居住舒适度要求。模拟分析了不同定形相变蓄热板的相变焓、厚度、相变温度区间对房间温度变化产生的影响,结果表明增加相变焓、相变板厚度和相变温度区间可以提高相变材料对建筑环境温度的改善效果,合理配置定形相变蓄热材料的热物性、组合方式、使用形式,可以优化定形相变材料的建筑节能效果。
俞铁铭[4]2012年在《Sn-Bi-Zn-Cu-Pb多元合金中温相变储热性能研究》文中提出中温热利用领域的发展推动中温储热系统的应用,储热材料作为储热系统的重要组成部分,将受到更广泛的关注。金属合金相变储能材料以其储热密度大、热循环稳定性好、热导率高、相变时过冷度小等优势在热能储存领域具有重要作用。基于课题组前期对高温铝基相变储热材料研究的基础上,本文采用低熔点合金作为研究对象,低熔点合金具有较合适的熔点,为中温储热装置和系统提供储能密度较大,热稳定性能和导热性能都较好的新型中温相变储热材料。用电子探针(EPMA),差式扫描量热分析(DSC),X射线衍射分析(XRD),以及激光热常数测试仪等手段对制备合金的结构和热物性能进行研究。结果表明Sn-Zn共晶合金具有良好的储热性能,其相变温度为198℃,相变潜热为65.8J/g,密度为7.38g/cm3,热导率为53.4W/(m·K),Sn-Zn共晶合金的储热能力为485.6J/cm3。其储热能力大于NaNO3/KNO3的储热能力,因此Sn-Zn共晶合金的热物性能具有极大的优势。热循环稳定性是储热材料的重要特性之一,决定其是否具有良好的使用价值。通过热循环实验研究Sn-Zn共晶合金的热循环稳定性,结果表明随着热循环次数增加,无新相生成,相变温度升高,相变潜热和热导率呈下降趋势。500次熔化/凝固热循环后,合金相变温度提高2℃,相变潜热下降1.1J/g,热导率下降2.5W/(m·K)。从热循环后Sn-Zn共晶合金的微观组织和热物性能变化情况分析,Sn-Zn共晶合金的热循环稳定性良好。元素种类和元素含量均会影响合金的微观组织结构和各热物性能。通过对Sn-Zn共晶合金加入Bi、Cu元素,改变加入量分析其微观组织和热物性能的变化。Bi加入使条状富Zn相粗化,并有少量白色Bi相析出。Bi含量增加,降低合金固相线和液相线,合金相变温度降低,同时合金相变潜热和热导率都有降低。Cu加入使条状富Zn相减少,生成黑色颗粒状Cu5Zn8化合物。Cu含量增加,合金相变潜热降低,由于Cu5Zn8化合物熔化温度较高,随着Cu加入,生成Cu5Zn8化合物越多,因此300℃下有效相变潜热下降,同时合金相变温度和热导率提高。通过本文的研究,低熔点合金具有较好的储热性能,可为中温储热应用提供更多的相变材料选择。
胡娃萍[5]2012年在《高传热性有机相变材料的制备与性能研究》文中指出相变储能材料的研究近年来引起了越来越广泛的关注,它可以应用于太阳能储存、节能建筑材料和调温纤维的制备等诸多领域。有机相变材料因其储能密度高、物理化学性质稳定、无毒无腐蚀等特点,成为最具潜力的相变材料,但有机相变储能材料普遍存在热导率低的缺点,大大影响了材料在实际应用中的储能效率。论文通过填充纳米金属氧化物颗粒、填充石墨烯和相变材料纳米胶囊化这叁种方法提高了有机相变材料热传导性能,并采用多种测试手段对制备的复合相变材料的性能进行了深入研究。论文主要分为叁个部分：第一部分研究了高导热无机纳米颗粒与丁四醇共混的复合相变材料的制备与性能。通过ZnO纳米颗粒和Al203纳米颗粒分别与丁四醇加热、超声和物理搅拌的方法制备了复合相变材料,并通过傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、热导率和差热扫描量热(DSC)等测试对复合前后丁四醇的性能进行分析。测试结果显示,丁四醇复合材料的热导率有了明显提高,相变焓高达300J/g以上,较丁四醇仅降低了10%左右。FTIR图谱和XRD图谱分析证明了丁四醇在纳米粒子复合前后没有发生化学反应,并且晶体结构也没有发生变化。第二部分探讨了水溶性石墨烯/PEG复合相变材料的制备及其性能,首先用氧化石墨为原料制备了水溶性良好的石墨烯,与PEG在水溶液中通过超声、加热、搅拌的方法制备了石墨烯/PEG复合相变材料。对实验制备的石墨烯进行的透射电镜测试结果显示,石墨烯表面光滑,单层透明。热导率分析表明PEG与4wt%的水溶性石墨烯复合后,PEG热导率为1.042W/m·K,提高了296%,而从差热扫描量热结果看出,PEG复合材料的相变焓基本维持不变。通过场发射扫描电镜证明了石墨烯与PEG共混均匀,FTIR图谱和XRD图谱分析显示在复合过程中,石墨烯和PEG没有发生化学反应,并且晶体结构基本保持不变。第叁部分主要研究十六醇纳米胶囊的制备与性能,通过提高材料传热面积的方法提高材料的传热性。实验以十六醇为芯材,苯乙烯为聚合单体用一步聚合的方法制备了以聚苯乙烯为壳材的十六醇纳米胶囊,并讨论了链转移剂含量对纳米胶囊结构的影响。通过TEM、SEM、FTIR、XRD、DSC和TG等对纳米胶囊的性能进行了表征,结果显示：实验制备的纳米胶囊直径均匀分布在80-100nm之间,纳米胶囊呈表面光滑的规则球形；相变潜热高达189.43J/g,包覆率为72.93%；热稳定性高于纯十六醇,密封性良好,并且包覆过程对十六醇的化学结构和结晶结构影响很小。
刘溢[6]2016年在《利用石墨尾矿制备太阳能储热陶瓷的研究》文中提出化石能源的枯竭促使各国竞相开发新的能源,绿色可再生的太阳能光热利用技术已成为各国研究的热点,如何将太阳能储存在需要时加以利用更是提高太阳能光热利用效率关键。石墨尾矿是一种固体工业废料,是由石墨矿产资源经过开采后排出的尾矿矿浆经自然风干脱水后形成的。石墨尾矿的大量堆存不仅占用土地、而且污染环境。鉴于太阳能储热的要求及环境保护的需求,本文以石墨尾矿、山东页岩、星子高岭土、钾长石、钠长石、滑石、SiC为原料,采用埋粉烧结法制备了高热导石墨尾矿质储热陶瓷。运用XRD、SEM等现代测试技术研究了配方组成、烧成温度、矿化剂和高热导无机材料对石墨尾矿质储热陶瓷的结构与性能的影响,并探讨了拓宽石墨尾矿质陶瓷烧成温度、提高石墨尾矿质热导率的作用机理。以KNO_3为高温粘结剂制备了与石墨尾矿质储热陶瓷基体结合良好的封装剂,利用该封装剂将无机盐相变材料(Ba Cl_2-KCl-NaCl)封装于高热导石墨尾矿质蜂窝陶瓷中制得潜热-显热复合储热材料并研究了复合储热材料的抗热震性。利用石墨尾矿、山铝页岩、星子高岭土为主要原料,采用半干压成型和无压烧结,经1060~1140℃烧成制备了A系列陶瓷样品。探讨了配方组成及烧成温度对样品进行了理化性能和抗热震性能的影响。A系列五个配方样品中,经1100℃烧成的A1配方(石墨尾矿50%、页岩20%、星子高岭土15%、钾长石10%、钠长石5%)样品和A3(石墨尾矿70%、页岩10%、星子高岭土5%、钾长石10%、钠长石5%)配方样品综合性能较优。经1100℃烧成的A1样品的吸水率、气孔率、体积密度分别为:0.19%、0.46%、2.44 g/cm~3,抗折强度达到82.75MPa。经30次室温~600℃热震循环条件后抗折强度为81.60 MPa,抗折强度损失率为6.79%。经XRD、SEM研究表明,A1样品的相组成为呈蜂窝状的钠长石、板块状α-石英和颗粒状的赤铁矿,A3样品的相组成为呈蜂窝状的拉长石、板块状α-石英和颗粒状的赤铁矿,它们构成样品的骨架,赋予样品较高的强度。经1100℃烧成的A3配方样品的吸水率、显气孔率、体积密度和抗折强度分别为0.07%、0.17%、2.48g/cm~3和79.06MPa,经30次室温~600℃热震循环条件后抗折强度为76.69 MPa,抗折强度损失率为3.90%。A3样品中相组成为蜂窝状的拉长石,板块状的α-石英,以及颗粒状的赤铁矿。A1、A3配方样品的烧成温度范围为1080~1030℃,烧成温度范围较窄。为拓宽石墨尾矿质陶瓷烧成温度,在A1、A3配方中分别引入矿化剂,研究了组成、结构与性能的关系,重点探讨了矿化剂拓宽石墨尾矿质陶瓷烧成温度范围的机理。在A1基础配方中分别引入滑石和钾长石两种矿化剂设计了G系列配方,其中经1110℃烧成的G4样品(外加20%滑石)的综合性能最优。经1110℃烧成的G4样品的吸水率、气孔率、体积密度分别为:0.19、0.22、2.45 g/cm~3,抗折强度为114.38 MPa。经30次室温~600℃热震循环后抗折强度为91.50 MPa,抗折强度损失率为13.44%。G4样品的相组成为蜂窝状和片状颗粒的钙长石、长柱状的顽火辉石以及板块状的石英晶体。在A3基础配方中分别引入滑石和钾长石两种矿化剂设计了H系列配方,其中经1110℃烧成的H3样品(外加15%滑石)的综合性能最优,经1110℃烧成的H3样品的吸水率、气孔率、体积密度分别为:0.27、0.11、2.53 g/cm~3,抗折强度为124.45 MPa。H3样品晶相组成为呈蜂窝状拉长石、短柱颗粒状拉长石,板块状的α-石英以及长柱状的透辉石。经热震循环(室温~600℃)30次后H3样品的抗折强度为113.30 MPa,抗折强度损失率为9.17%。经1110℃烧成的H3样品600℃下的热导率为1.91 W/(m·K)。G系列样品的的烧成温度范围为:1080~1140℃。H系列样品的烧成温度范围为1080~1140℃。在石墨尾矿质陶瓷中引入矿化剂滑石或钾长石可拓宽石墨尾矿陶瓷的烧成温度范围,改善样品的结构与性能。为了提高石墨尾矿陶瓷的热导率,在H3配方中引入SiC、Si_3N_4两种高热导无机材料设计了K系列配方,采用半干压成型、埋粉烧结制备样品。探讨了提高石墨尾矿质陶瓷的热导率途径。K系列样品经1110~1210℃烧成,对样品进行了理化性能、抗热震性能测试。研究结果表明经1170℃烧结的K3样品(外加30%Si C)致密化程度高,抗热震性能良好,600℃下的热导率为3.89 W/(m·K),K3样品热导率较H3样品显着提高。其吸水率、气孔率、体积密度、分别为:0.04%、0.06%、2.69g.cm~(-3),抗折强度为142 MPa。经热震(室温~600℃)30次后K3样品表面无裂纹,热震后抗折强度为138 MPa,强度损失率为2.60%,具有良好的抗热震性。K3样品的相组成分析和显微结构分析表明,样品中存在大量呈蜂窝状的钙长石晶粒呈叁维结构生长、石英块状晶粒、Si C块状晶粒以及短柱状辉石晶粒弥散其中,晶粒大小一致。在石墨尾矿质陶瓷中添加SiC材料,能显着提高其热导率。经1170℃烧成的K3样品是一种高热导石墨尾矿质储热陶瓷材料。以经1170℃烧成的K3配方样品熟料粉末,高温粘结剂KNO_3、熔剂粉、硼酐为原料设计了用于制备无机盐-石墨尾质陶瓷潜热-显热复合储热材料的封装剂配方组成,研究了封装剂与石墨尾矿质陶瓷结合机理。涂覆封装剂的石墨尾矿质陶瓷结合样品经室温~600℃热震实验,对比研究发现以70%K3配方样品熟料粉末,30%KNO_3、10%熔剂粉制备的F1封装剂与石墨尾矿质陶瓷基体结合性最好。实验表明热震30次后封装剂与基体结合牢固,无裂纹、无开裂。挑选最佳配方K3,添加增塑剂、润滑剂,经配料、球磨、练泥、陈腐、采用立式挤出工艺制备了高热导石墨尾矿质蜂窝陶瓷,探讨了烧成温度对石墨尾矿质蜂窝陶瓷理化性能、相组成及显微结构的影响。其中经1190℃烧成的高热导石墨尾矿质蜂窝陶瓷的理化性能最优,其吸水率、气孔率、体积密度分别为2.98%、7.56%、2.73g.cm~(-3),主要的相组成为钙长石、石英及辉石。以分析纯氯化钡、氯化钾、氯化钠为原料(28%:37%:35%)制备了叁元复合无机盐PCM,对其进行TG-DSC分析,研究结果表明,叁元氯盐PCM的相变温度为543℃,相变潜热为172.53J/g。在室温~700℃使用温度范围内,叁元氯盐PCM发生由固相向熔融液相转变的物理变化,无分解反应,可用于作为太阳中温段潜热储热材料。利用F1封装剂将叁元氯盐相变材料封装于高热导石墨尾矿质蜂窝陶瓷基体中制备了潜热-显热复合储热材料,复合储热材料经热震(室温~600℃)30次实验处理,PCM相变材料从封装剂中渗出,在石墨尾矿质蜂窝陶瓷孔中无渗透。
席丽霞[7]2012年在《空调用二氧化钛纳米粒子复合相变储能材料》文中研究指明目前,城市用电经常出现峰期电力紧张,谷期电力过剩的现象,而空调是建筑物中最大的用电设备之一,如何解决好空调用电对电网负荷和能源利用的影响将产生重要的意义。相变蓄冷技术夜间利用低谷电蓄冷,白天高峰供冷可缓解电力紧张的状况,起到“移峰填谷”的作用,具有重要的应用价值。本文主要研究了四丁基溴化铵溶液与二氧化钛纳米粒子复合制备适宜空调用的纳米复合相变蓄冷材料,主要进行了以下的工作:1)纳米复合相变蓄冷材料的制备及稳定性研究采用两步法,伴随机械搅拌和超声等方法,制备了稳定的纳米复合相变蓄冷材料。实验研究表明,纳米复合相变材料的稳定性主要受粒子质量分数、粒径大小和超声时间的影响,0.05%超声2h且粒径为25nm的复合相变材料最稳定。2)纳米复合相变蓄冷材料的粘度公式和粘度的测量通过Brookfield粘度计测量了粒子质量分数、温度与粘度的关系,实验表明TiO_2粒子显着提高了溶液的粘度。TiO_2质量分数为0.16%时,复合相变材料的粘度提高了约9%。复合相变材料的粘度随粒子质量分数的增加而增大而随温度的升高而减小。3)纳米复合相变蓄冷材料的强化传热机理和导热的测量利用瞬变平面导热仪测量了不同质量分数的纳米复合蓄冷材料的导热系数,实验结果表明TiO_2粒子显着增加了溶液的导热系数。在TiO_2质量分数为0.16%时,复合蓄冷材料的导热系数提高了约30%且随粒子质量分数的增加而增大。4)纳米复合相变蓄冷材料的形核机理和热分析测试差示扫描量热仪测量了纳米复合相变蓄冷材料的相变潜热和相变温度,其潜热为166.724kJ/kg,TiO_2粒子对其相变温度和相变潜热影响不明显。另外还进行了蓄冷特性测试,温度曲线表明纳米粒子可以降低复合相变材料的过冷度。本文制备的纳米复合相变蓄冷材料具有不同于原相变材料的导热性能和蓄冷能力,综合性能明显提高。
董颖慧[8]2016年在《纳米材料掺杂SiO_2/PEG复合相变材料的结构与性能研究》文中指出相变材料是一种新型高效储能材料,随着人们对环保节能需求的增加成为能源材料开发的研究热点。有机相变材料因具有灵敏的可逆性、较高的相变潜热、稳定的物化性质和低廉的价格成为最具潜力的相变储能材料。聚乙二醇(PEG),是一种廉价的有机相变材料,相变温度56~63℃,相变潜热高达179.7J/g,但存在固液相变时易泄漏、传热性差等缺点,严重限制了其应用。因此,改善PEG的性能缺陷成为国内外研究的重点。本论文设计合成了叁种导热增强型复合相变材料:以SiO_2为无机骨架实现定型,以PEG为有机相变组分实现能量储放,通过原位掺杂纳米材料Ag、Zn O和CeO_2作为导热增强相,分别制备了相变潜热较高、传热性能更好的Ag-SiO_2/PEG、ZnO-SiO_2/PEG和CeO_2-SiO_2/PEG复合相变材料;并通过XRD、FTIR、同步热分析仪和热导率测试仪等对复合材料的结构与性能进行了深入研究。主要内容如下:一.采用原位聚合法和溶胶凝胶法制备了纳米Ag-SiO_2/PEG导热增强型复合相变材料,并对其结构与性能进行了研究。研究结果表明:Ag-Si O_2/PEG复合材料具有良好的定型效果,SiO_2改善了PEG相变过程中泄漏的问题;Ag和SiO_2的无机网络结构降低了PEG的结晶性能。掺杂纳米Ag对相变潜热影响不大,但随着掺杂含量的增大,复合材料热导率却大幅升高。当Ag掺杂质量比为6%时,相变潜热为121.24J/g;导热系数高达0.4315W/m·k,比PEG提高46.37%,比SiO_2/PEG提高40.14%。不同Ag掺杂含量的复合材料在330℃以下均具有良好的热稳定性。二.以钛酸丁酯预处理后的纳米氧化锌为掺杂相,在醇水混合溶剂中与PEG、SiO_2通过超声法和溶胶凝胶法制备了ZnO-SiO_2/PEG导热增强型复合相变材料。研究结果表明:采用钛酸丁酯对ZnO进行物理表面改性,可有效提高ZnO在溶剂中的分散性与稳定性;ZnO与SiO_2的掺杂降低了PEG的结晶性能。随着ZnO掺杂含量的增加,相变潜热有所下降,复合相变材料的热导率却明显提高。当ZnO掺杂质量比为6%时,相变潜热为123.36J/g;材料热导率为0.3306W/m·k,比SiO_2/PEG增强了7.24%,比PEG增强12.01%。不同ZnO含量的ZnO-SiO_2/PEG复合材料在330℃以下均具有良好的热稳定性。叁.以六偏磷酸钠预处理后的纳米氧化铈为掺杂相,与PEG、Si O_2通过超声法和溶胶凝胶法制备了CeO_2-SiO_2/PEG导热增强型复合相变材料。研究结果表明:采用六偏磷酸钠对CeO_2进行物理表面改性,可有效提高CeO_2在溶剂中的稳定性;CeO_2与Si O_2的掺杂降低了PEG的结晶性能。随着CeO_2掺杂含量的增加,复合相变材料的相变潜热有所下降,热导率则显着提高。CeO_2掺杂质量比为6%时,相变潜热为119.24J/g;材料热导率为0.3357W/m·k,比SiO_2/PEG增强了9.03%,比PEG增强13.88%。不同CeO_2含量的CeO_2-SiO_2/PEG复合材料在330℃以下均具有良好的热稳定性。
张秀荣[9]2011年在《复合相变储热材料的制备及强化传热特性研究》文中提出为了应对能源危机所带来的巨大挑战,热能储存技术作为一种提高能源利用率,保护环境的新技术,得到前所未有的迅速发展。在各种各样的热能储存手段和储热材料中,采用有机相变材料的相变潜热进行热能储存具有安全稳定、价格低廉、相变潜热大和相变温度适中的优点,日益成为构建储能系统的首选材料。然而,有机相变材料过低的导热系数,又使得系统的传热性能差,热利用率低,限制了其工业上的推广应用。本文针对有机相变材料导热系数低的问题,借鉴了膨胀石墨和石墨烯的制备方法,制备出尺寸在5μm左右的二维石墨片层,并将其添加到有机相变基体中,得到石墨/有机相变材料复合物。并以石蜡为主要研究对象,介绍了这种复合相变储热材料的制备方法,围绕其导热系数、相变潜热、相变温度及储放热过程特性进行了实验与理论分析,结果证明这种石墨片层可以作为优良的添加材料来改善有机相变材料低导热系数的缺陷。主要研究工作如下:1)通过氧化处理、微波膨胀和超声解离这一系列的步骤将天然石墨处理得到片层尺寸在5μm左右的石墨片层MSGF,并将其与熔融态的石蜡混合,制备出石墨/石蜡复合相变储热材料。通过微观结构表征和实验分析说明,这种复合材料具有良好的沉降稳定性和循环稳定性。2)采用瞬态热线法和差示扫描量热法测试了石墨/石蜡复合相变储热材料在不同质量分数、温度和循环次数下的导热系数、相变温度和潜热。说明MSGF可以作为优良的添加物来改善有机相变材料的热力学性能,并且其效果优于其他纳米粒子。另外通过对复合材料强化传热机理的分析,说明MSGF在石蜡基体中的有效团聚,是导致复合材料导热系数大幅度提高的主要原因。并解释了复合材料相变潜热减小的原因。3)采用步冷曲线和红外线热像仪拍摄法研究复合材料的储、放热曲线和温度场分布图,说明MSGF的添加使得相变材料的储、放热速率得到明显提高,并且储、放热速率均随颗粒质量分数的增加而增大。4)搭建了储能式热泵热水器实验台,分析相变材料在高效热交换器中的热能储存行为,说明以石蜡作为热泵热水器的储热材料是可行的。并使用焓差实验室对设计加工的一台2HP储能式家用热泵热水器样机进行测试,初步计算出储能式热泵热水系统的COP值为2.97,并提出改进方法。5)以实验研究中使用的高效热交换器为原型,建立了简化的数学模型和物理模型,并重点从相界面的角度采用Fluent软件复合相变材料的放热过程进行数值模拟。模拟结果完全验证了之前的实验结果,并说明在储能系统设计时应尽量降低壁温,减小管径和管间距。研究中制备的二维微纳米级石墨片层可以在石蜡基体中首尾相接,形成有序的换热网络,大大提高石蜡的导热性能及储、放热速率。本研究的成功打破了纳米复合相变材料研究的僵局,为研制复合相变储热材料提供了一条新途径,且有广阔的应用前景。
王志强[10]2005年在《基于粘土为载体的复合相变储热材料的制备与表征》文中进行了进一步梳理能源危机是当今世界迫于解决的问题,相变储热技术对于能源的合理配置意义重大。但是单纯的相变储热材料存在导热性能差、达到相变温度后液态化的缺点,实际应用可能性不大。因此有必要将单纯的相变储热材料和其它材料复合,以制备出可以实际应用的各方面性能优越的复合相变储热材料。研究这种材料具有非常重要的实际意义。 本论文以钠化改性后的蒙脱石、累托石和经过插层剥片后的高岭土(叁种常见的粘土)为原料,将其有机化后采用热熔法和溶剂蒸发法与饱和脂肪酸(相变储热材料)复合,制备出复合相变储热材料。论文采用导热系数测定、放热时间测定等表征方法研究不同粘土做复合相变储热材料载体以及两种制备方法的可行性和复合储热材料储热性能。同时采用XRD、IR、TG、DSC方法对其结构进行表征,并探讨复合相变储热材料复合、储热机理。 研究表明,同样条件下采用热熔法、溶剂蒸发法制备的复合相变储热材料储热性能基本相同,由于热熔法较溶剂蒸发法制备成本低,对环境污染小,论文主要使用热熔法进行合成试验研究。 试验结果表明,使用有机蒙脱石、有机累托石与饱和脂肪酸(硬脂酸)复合的复合相变储热材料性能稳定。将这种复合相变储热材料放于恒温环境中(高于饱和脂肪酸熔点10℃～30℃),不会像纯饱和脂肪酸达到熔点时发生液态化,材料仍然保持固态。同时发现,以有机改性后的高岭土为原料制备的复合储热材料,经过冷热循环后,性能改变,说明用高岭土制备性能优越的复合相变储热材料比较困难。 经过试验,确定最佳试验条件:有机土含量50%,复合时间30min,复合温度90℃(硬脂酸),研磨粒度-60～+120目。这种条件制备的复合相变储热材料导热系数为1.86w·m~(-1)·℃~(-1),远大于纯硬脂酸的导热系数0.160w·m~(-1)·℃~(-1),同时大于要求的1w·m~(-1)·℃~(-1)。复合材料相变热为59.521 J·g~(-1),放热时T_(35)为33min。 XRD测试表明,18—OMT的d_((001))值为2.145nm,18—MPCM的d_((001))值为2.103nm,经过IR测试,硬脂酸的特征吸收谱带仍然独立显示。经过TG,DSC测试分析,复合相变储热材料比有机土失重多出30.85%,为硬脂酸燃烧所致。以上说明饱和脂肪酸和有机粘土复合时,饱和脂肪酸没有发生化学变化,仍以分子层的形式存在于复合相变储热材料之中。
参考文献：
[1]. 相变储热材料水合盐的热导率的测定[D]. 聂光华. 西北大学. 2001
[2]. 复合相变储热材料的性能研究[D]. 陈龙. 哈尔滨工程大学. 2017
[3]. 定形相变材料的制备与建筑节能应用[D]. 孟多. 大连理工大学. 2010
[4]. Sn-Bi-Zn-Cu-Pb多元合金中温相变储热性能研究[D]. 俞铁铭. 武汉理工大学. 2012
[5]. 高传热性有机相变材料的制备与性能研究[D]. 胡娃萍. 武汉理工大学. 2012
[6]. 利用石墨尾矿制备太阳能储热陶瓷的研究[D]. 刘溢. 武汉理工大学. 2016
[7]. 空调用二氧化钛纳米粒子复合相变储能材料[D]. 席丽霞. 上海交通大学. 2012
[8]. 纳米材料掺杂SiO_2/PEG复合相变材料的结构与性能研究[D]. 董颖慧. 暨南大学. 2016
[9]. 复合相变储热材料的制备及强化传热特性研究[D]. 张秀荣. 华南理工大学. 2011
[10]. 基于粘土为载体的复合相变储热材料的制备与表征[D]. 王志强. 武汉理工大学. 2005
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