微孔復合相變材料的研究與應用.pdf

1、微孔復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，通過調整單體結構實現(xiàn)載體的孔徑、孔

2、結構的差異，使用微孔共軛聚合物吸附鏈長不同的脂肪酸，對其形態(tài)結構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，在復合材料中相變材料的晶體結構沒有改變。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/棕櫚酸復合相變材料吸熱峰和放熱峰分別為65.3℃和53.2℃，熔融和結晶相變潛熱分別為171.7 kJ kg-1和177.7 kJ kg-1，并且經過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)良的導熱、導電性能，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，制備復合相變材料

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°。經熔融浸漬法制備PDMS改性多孔石墨烯/棕櫚酸復合相變材料，棕櫚酸的吸附量達80.2％，將石墨烯的多孔結構完全填充均勻，XRD表明相變材料的結晶性質沒有變化。DSC測得PDMS改性后的多孔石墨烯/棕櫚酸復合相變材料在熔融和結晶過程中，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，可望應用于余熱回收和太陽能貯存等領域。
　　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，并應用于復合相變材料中，拓展了相變介質的選擇范圍。使用浸漬的方式將石墨烯修飾在泡沫鎳骨架表面，經PDMS改性后吸附脂肪酸制備復合相變材料。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，復合相變材料中的脂肪酸也難以泄漏。經PDMS改性后的石墨烯-泡沫鎳/棕櫚酸復合相變材料在熔融和結晶過程中，相變潛熱分別達到126.34 kJ kg-1和123.41 kJ kg-1，與泡沫鎳/棕櫚酸復合相變材料相比，分別提高了362％和341％。
　　研究結果表明，通過疏水/超親油改性，可大幅提高復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域的