相变储能高分子纳米复合材料的研究进展

讲述了亚稳态及高分子亚稳材料的概念,并从亚稳态的观点出发探讨了相变的分类及机理,说明对高分子材料亚稳态的研究不仅有理论上的意义,更具有重要的实用价值。描述了相变储能材料的分类,以及不同类型相变储能材料的特性及发展概况。介绍了相变储能高分子纳米复合材料的制备方法,着重概括了纳米技术在高分子相变储能材料领域的应用及研究进展。相变储能技术对节能、环保有着重要的应用价值,已经成为新材料科学领域的热点之一。     

水合盐相变储能材料的研究进展

无机水合盐相变储能材料具有相变潜热大、相变温度适中、价格低廉等优点,在太阳能高效利用、跨季节储热采暖、工业余废热利用、轻纺行业等方面具有广阔的应用前景。但过冷、相分离、导热系数低等问题限制了其实际应用。本文介绍了水合盐相变储能材料近年来的研究进展,分析了水合盐相变存在的过冷及相分离现象的原因。通过成核剂法、多孔基体吸附法、微胶囊法等方法可以降低其过冷度;通过增稠剂法、晶形改变剂法等方法可以改善其相分离问题;通过与高导热性的纳米粒子、多孔的高导热基体相复合,可以提高其导热性能。最后,指出了今后水合盐相变储能材料的重点研究方向,可以从与计算化学相结合、寻找合适的无机壳材料以及探究共晶体系等方面继续深入研究。     

包含聚苯胺的相变材料纳胶囊的制备及其性能

采用自由基乳液聚合法和原位聚合法制备了包含聚苯胺均匀分散在正十八烷中的悬浮体系的交联聚甲基丙烯酸甲酯为囊壁的相变材料纳胶囊(NanoPCMs). 采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)和广角X射线衍射仪(WAXD)等手段分别考察了成核剂聚苯胺的添加量对相变材料纳胶囊表面形态、结晶性能、热稳定性及结晶行为等的影响. 实验结果表明：包含有聚苯胺的相变材料纳胶囊,成核剂的存在对其形貌、粒径、包覆率和结晶行为影响较小,耐热性略有所降低,添加1.5 g 苯胺时生成的成核剂聚苯胺可以有效改善其过冷结晶行为.     

包含聚苯胺的相变材料纳胶囊的制备及其性能

采用自由基乳液聚合法和原位聚合法制备了包含聚苯胺均匀分散在正十八烷中的悬浮体系的交联聚甲基丙烯酸甲酯为囊壁的相变材料纳胶囊(NanoPCMs).采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)和广角X射线衍射仪(WAXD)等手段分别考察了成核剂聚苯胺的添加量对相变材料纳胶囊表面形态、结晶性能、热稳定性及结晶行为等的影响.实验结果表明:包含有聚苯胺的相变材料纳胶囊,成核剂的存在对其形貌、粒径、包覆率和结晶行为影响较小,耐热性略有所降低,添加1.5 g苯胺时生成的成核剂聚苯胺可以有效改善其过冷结晶行为.     

纳米二氧化硅改性石蜡微胶囊相变储能材料的研究

以石蜡为芯材,甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物为壁材,纳米SiO2为改性剂,采用原位聚合法制备了石蜡微胶囊相变储能材料,系统研究了添加纳米SiO2对石蜡微胶囊相变材料性能的影响;采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)等对石蜡微胶囊相变材料的化学结构、表面形貌和热性能进行了表征.研究表明,纳米SiO2能够有效提高微胶囊壁材的热稳定性,当丙烯酸酯壁材中添加3％改性纳米SiO2时,微胶囊呈球形且表面光滑,尺寸250 ～ 300 nm,具有良好的储热能力,相变潜热高达134.79 J/g,分解温度比未添加改性纳米SiO2的石蜡微胶囊提高了40 K,经过1000次热循环测试,石蜡渗漏率仅2.96％.     

离子液体的相变储能利用

相变储能技术因其相变潜热大、蓄热和放能过程温度和热流基本恒定等优点成为能源科学技术中的重要分支.本文首先探讨了传统有机与无机相变储能材料存在的过冷、相分离、储能密度低、腐蚀性强等不足的原因,进而对离子液体相变储能材料的研究现状进行了分析.讨论了离子液体相变材料在太阳能储热、建筑节能、工业废热回收以及军事热红外伪装等领域的应用研究进展.指出了设计新型高效的功能化离子液体对于提高相变材料储能密度的重要作用,揭示了离子液体相变潜热与分子间作用力的关系本质,在此基础上提出了从离子液体的分子体积、氢键能、取代基诱导效应、H-π作用以及阴离子电负性等方面的改性入手,进行离子液体相变储热功能强化的科学设计的基本策略,以期为相变材料的科学设计与制备提供新的思路.     

碳纳米管网/聚苯胺复合材料的制备及电化学储能性能

分别采用粉末碳纳米管(CNT)和带连接点的碳纳米管网(CNTN)为模板,通过与聚苯胺(PANI)有限域聚合得到了CNT/PANI和CNTN/PANI 2种复合材料.采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜对材料的形貌进行了表征,采用氮气吸附-脱附分析研究了材料的孔结构参数,运用双电四探针测试仪对材料的导电性能进行了测试,利用恒流充放电、循环伏安、循环寿命及交流阻抗等电化学测试手段表征了材料的电化学储能性能.结果表明,CNTN/PANI复合材料比CNT/PANI复合材料表现出更好的导电性能和电化学储能性能,其放电比容量可达到143.2 F/g(有机电解液).     

复合相变储能材料的制备及应用研究进展

系统概述了复合相变储能材料的制备方法及其研究进展。特别介绍了固-液复合相变储能材料的制备方法,如熔融浸渍混合法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、真空渗入法和超声波法等。并结合实例探讨了复合相变储能材料在太阳能利用、建筑节能和纺织行业等领域的应用,在此基础上对其研究方向进行了展望。     

开环聚合诱导自组装的挑战与展望

聚合诱导自组装（PISA）是一种新兴的纳米粒子制备技术,它集聚合与组装过程于一体,可在高固含量条件下进行,因此备受青睐.此外,通过改变嵌段聚合度以及固含量等参数,可以精确地控制纳米粒子的形貌,实现从球形胶束到空心囊泡的形貌转变.然而,受限于适用于PISA体系的聚合方法和单体种类,其发展也受到了一定的限制.目前,PISA主要基于可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）,其在聚合诱导自组装机理、形貌控制、结构表征等方面的研究成果,对于高分子化学其他领域具有重要的参考价值.然而,由于RAFT聚合诱导自组装（RAFT-PISA）体系中适用的单体往往局限于（甲基）丙烯酸酯类和苯乙烯类,导致RAFT-PISA制备的纳米粒子限于其碳-碳主链的基本结构难以生物降解,因此生物医用前景并不乐观.为了克服以上缺陷,开环聚合诱导自组装（ROPISA）应运而生,主要包括开环易位聚合诱导自组装（ROMPISA）、氨基酸-N-羧基-环内酸酐开环聚合诱导自组装（NCA-PISA）及自由基开环聚合诱导自组装（rROPISA）.由于ROMPISA体系对诸多功能性基团表现出化学惰性,从而为多功能纳米粒子的原位制备提供了新的方法;而rROPISA和NCA-PISA则使得生物可降解纳米粒子的原位制备成为可能.作为PISA领域崭新的研究方向,ROPISA不仅将新聚合方法引入了PISA体系,而且突破了以往PISA难以制备可降解纳米粒子的瓶颈,为PISA技术在生物医药领域的应用架起了桥梁.作者简要总结了ROPISA的发展现状,着重分析并提出了该领域面临的挑战,最后从机理研究、单体设计及转化应用等方面对ROPISA的发展前景进行了展望.     

由可控聚合反应直接制备不同形貌的聚集体

由可控聚合,包括活性阴离子和自由基聚合直接制备不同形貌纳米材料,是近几年来合成化学领域的一个重要研究成果.与两亲性嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装方法不同,在选择性溶剂中进行的分散聚合,首先生成两亲性嵌段共聚物,并逐渐增加第二段聚合物的链长,以实现相分离,形成球形胶束;聚合物链继续增长,实现形貌转变,从而制备预期的聚合物形貌,包括球形胶束、纳米棒、纳米线、囊泡和复合囊泡等.本文综述了乳液聚合法制备球形胶束等形貌;描述了不同聚合体系形成的形貌以及它们的性质和应用,讨论了形貌的形成机理和控制方法,同时指出了存在的问题.