氧化石墨烯骨架復(fù)合相變儲熱材料的制備與表征.pdf

1、相變材料可根據(jù)環(huán)境溫度的不同實現(xiàn)熱能的儲存和釋放，能有效地克服熱能供給時的時空限制。碳材料因具有導(dǎo)熱率高、密度低、穩(wěn)定性高、與相變材料兼容性好等諸多優(yōu)點，以其作為骨架材料制備的復(fù)合相變材料有望有效地解決單一相變材料在實際應(yīng)用過程中導(dǎo)熱率低、過冷度大、相變過程易泄露等缺點，進(jìn)而增強(qiáng)相變材料的實用價值。本文以氧化石墨烯（GO）為骨架材料，以十六醇和赤藻糖醇為相變介質(zhì)制備了兩種定形復(fù)合相變材料，并采用紅外光譜儀（FT-IR）、X射線衍射儀（X

2、RD）、X射線光電子能譜儀（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、示差量熱掃描儀（DSC）、熱失重分析儀（TG）、導(dǎo)熱系數(shù)儀等分析測試手段對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和測試，研究了化學(xué)接枝法對泄露性的影響以及增稠劑對過冷度的改善。
　　為了增強(qiáng)十六醇的形狀穩(wěn)定性、循環(huán)使用可靠性，提高其導(dǎo)熱性能，以石墨粉為原料，在對石墨氧化、酰氯化處理的基礎(chǔ)上，接枝十六醇制備了氧化石墨烯接枝十六醇復(fù)合相變材料（GO-g-HD）,

3、并對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和測試。結(jié)果表明，GO-g-HD以物理吸附和共價鍵接枝方式負(fù)載得十六醇含量高達(dá)62.7wt.%，其中接枝的十六醇含量為36.5wt.%，接枝密度為1.51mmol/g。GO-g-HD的熔融溫度和潛熱分別為49.7℃和152.3J/g，凝固溫度和潛熱分別為45.4℃和129.9J/g。GO-g-HD的導(dǎo)熱率為0.519W/m·K，相對純十六醇導(dǎo)熱率提高了41.8%。熱循環(huán)實驗表明，由于十六醇與骨架材料氧化石墨烯之

4、間超強(qiáng)的共價鍵相互作用，制備的復(fù)合材料表現(xiàn)出卓越的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、極好的耐熱性，并且相變溫度不變，相變潛熱僅僅降低了0.5%，使其在未來具有很高的應(yīng)用前景。
　　以赤藻糖醇（ET）為相變儲熱材料，以氧化石墨烯為骨架材料，采用溶膠-凝膠法制備了赤藻糖醇/氧化石墨烯定形復(fù)合相變材料（ET/GO），研究了GO和增稠劑羧甲基纖維素（CMC）對ET的過冷度和放熱能力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯薄膜均勻地包裹著赤藻糖醇，防

5、止了相變過程時的泄露現(xiàn)象。赤藻糖醇的熔融潛熱和凝固潛熱分別為349.9J/g和224.2J/g，過冷度為90.3℃，放熱能力為64.1%。分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%、1.5%、1.0%的氧化石墨烯，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯含量為3.0%的復(fù)合相變材料（ET/GO30）具有更好的儲熱性能，其熔融和凝固潛熱分別為346.6J/g和236.2J/g，放熱能力為68.1%，同時，氧化石墨烯起到了成核劑的作用，其過冷度為73.4℃。為了進(jìn)一步解決復(fù)合