功能化石墨烯調(diào)控PEG相變材料的制備及其性能研究.pdf

1、目前，中國已躍居為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，能源的消耗日益增加，能源儲備和開采不足以滿足生產(chǎn)和生活的日常需求。如何提高能源的利用率，以及使用或開發(fā)新型節(jié)能環(huán)保型的清潔能源都是今后能源研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。相變儲能材料可實(shí)現(xiàn)熱能的吸收和釋放，在廢熱回收利用、建筑節(jié)能、電力調(diào)峰及太陽能利用等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。但是相變材料本身存在一些缺點(diǎn)，比如有機(jī)相變材料的導(dǎo)熱率低、易滲漏、熱穩(wěn)定性差等。因此，開發(fā)制備新型復(fù)合相變材料，解決相變材料本身存在的缺

2、點(diǎn)具有重要的研究意義和使用價(jià)值。制備抗?jié)B漏/高導(dǎo)熱/高熱穩(wěn)定性一體化的聚乙二醇(PEG)復(fù)合相變材料，為高性能PEG相變材料的制備提供理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，對于促進(jìn)PEG相變儲能材料在節(jié)能領(lǐng)域中的推廣和應(yīng)用具有重要的實(shí)際意義。
　　本論文首先采用Hummers法制備氧化石墨烯(Graphite Oxide，簡稱GO)，再采用溶膠-凝膠法以及模板法在氧化石墨烯片層兩面各自生長一層介孔二氧化硅，得到具有“三明治”結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯/二氧化

3、硅復(fù)合材料(Graphene Oxide-silica，簡稱GOS)，經(jīng)過高溫煅燒后得到多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯/二氧化硅復(fù)合材料(Graphene-silica，簡稱GS)。通過調(diào)節(jié)正硅酸乙酯(TEOS)的用量，對GS上二氧化硅的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，得到具有最優(yōu)孔結(jié)構(gòu)的GS，且GS孔容及比表面積分別為1.216 cm3/g、1097.355 m2/g，最后利用多孔材料的毛細(xì)管力將相變材料PEG固定在GS的孔結(jié)構(gòu)中，得到石墨烯/SiO2/PEG復(fù)合

4、相變材料；其次再以氧化石墨、三聚氰氯、氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)等為起始原料，采用原位合成法制備含磷、氮、硅三種阻燃元素的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型協(xié)同阻燃劑，然后以協(xié)同阻燃劑作為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法得到集抗?jié)B漏、高導(dǎo)熱、阻燃性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)于一體的新型PEG相變復(fù)合材料。通過差示掃描量熱儀(DSC)、熱重分析儀(TG)、超高分辨場發(fā)射透射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉紅外變換光譜儀(FT-IR)、PPMS綜合物性

5、測量系統(tǒng)、拉曼光譜儀、氮?dú)馕?脫附、高分辨冷場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、X-射線衍射儀(XRD)等測試手段對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究，結(jié)果表明：
　　(1)通過調(diào)節(jié)TEOS濃度，得到當(dāng)TEOS濃度為0.9ml/100mlH2O時(shí)，得到的GS孔容及比表面積最佳，分別為1.216 cm3/g、1097.355 m2/g，孔徑屬于介孔材料范圍之間為16.576 nm；通過介孔材料的毛細(xì)管力作用，制備了不同PEG含量的相變復(fù)合材料，分別為S

6、P1(PEG含量為60％)、SP2(PEG含量為70%)、SP3(PEG含量為80%)，且PEG與GS都只屬于物理結(jié)合，兩者之間不存在化學(xué)反應(yīng)，GS的存在不影響PEG的晶體結(jié)構(gòu)，但是會(huì)影響其結(jié)晶的完整性，導(dǎo)致復(fù)合材料存在一定的焓變損失率，SP1、SP2、SP3的焓變損失率分別為45.92%、13.53%、9.85%；導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果表明：純PEG2000與SP3在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.3286w/mk，0.3588w/mk，SP3比純P

7、EG2000的導(dǎo)熱系數(shù)提高了9.20%；熱重研究結(jié)果表明：SP1、SP2、SP3中PEG的起始分解溫度比純PEG的提高了50℃。結(jié)果表明：該復(fù)合材料在同一體系中成功解決了PEG易滲漏、導(dǎo)熱性能差以及熱穩(wěn)定性不好等缺點(diǎn)。
　　(2)結(jié)合紅外圖譜、XPS能譜以及透射電鏡結(jié)果分析得出，實(shí)驗(yàn)過程中成功制備了復(fù)合相變材料GAPSE及其骨架支撐材料；其中GAPSE實(shí)際焓變值為102.1J/g，理論焓變值為115.91J/g，因此，復(fù)合材料GA

8、PSE的焓變損失率為12%；GAPSE在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)測得為0.7160w/mk，GAPSE比純PEG2000的導(dǎo)熱系數(shù)提高了117.89%；GAPSE復(fù)合材料中由于骨架材料的加入使得PEG2000在熱解過程中的成碳量得到了提高，當(dāng)溫度為440℃時(shí)，GAPSE中PEG2000的殘?zhí)苛刻岣吡?.57%，說明GAPSE骨架中的P/N/Si協(xié)同阻燃效應(yīng)在PEG2000的熱解過程中得到了體現(xiàn)。以上結(jié)果表明：GAPSE復(fù)合材料在一定程度上同時(shí)解