膨胀石墨基十二烷复合相变蓄冷材料的性能研究

本文以十二烷为相变材料,利用膨胀石墨多孔吸附特性制备出十二烷/膨胀石墨复合相变蓄冷材料。通过扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和热常数分析仪(HotDisk)对复合相变材料的结构及热性能进行了表征。实验结果表明,十二烷被膨胀石墨均匀吸附,吸附后膨胀石墨保持了原来的疏松多孔的蠕虫状形态。复合相变材料的相变焓值随着添加的膨胀石墨质量分数增加而降低,导热系数随着添加的膨胀石墨质量分数增加而增加。相变材料质量分数为80%,复合相变材料熔化焓和凝固焓分别为132.8 J/g和132.5 J/g,表观密度为700 kg/m~3时,导热系数为2.64 W/(m·K)。复合相变材料具有良好的热循环稳定性能。     

石蜡/膨胀石墨/石墨片复合相变材料导热性能研究

相变材料的导热性能对蓄热能力和能量转化速率具有重要影响。本文以58号全精炼石蜡为基底相变材料,利用真空吸附法将石蜡与膨胀石墨结合,再通过搅拌将石墨片与材料均匀混合,以模压法制备了定形复合相变材料,并通过实验测试了复合相变材料不同方向导热系数。实验结果表明:制备的复合相变材料导热性能具有明显的各向异性,垂直于压缩方向的导热性能远高于压缩方向的导热性能;同时也发现石墨片的添加可以有效的增强复合相变材料的导热性能,复合相变材料压缩方向导热性能随石墨片的添加先增大后减少;垂直于压缩方向的导热性能随石墨片的添加线性增强。     

管壳式相变蓄热系统性能实验研究

相变蓄热(LHTES)系统利用相变材料(PCM)的潜热可有效地提高系统的储热能力。通常,PCM的导热系数低,使LHTES系统的应用受到了限制。本文通过向十五烷中添加膨胀石墨提高导热系数,分别采用纯十五烷和含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷,在不同水流量下,对管壳式LHTES系统的储热特性进行了实验研究。实验结果发现:当储能介质为质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷时,放冷过程中有效储热系数和相对储热率在Re=4298时出现明显峰值,换热效率与储热能力达到相对平衡。并且,当Re=4298,采用含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷与纯十五烷相比,系统的有效储热系数可最高提升336.84%。     

基于傅里叶红外光谱的癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料制备机理研究

根据前期在相变储湿复合材料制备方面取得的成果,以SiO_2为载体材料、癸酸-棕榈酸为相变材料,采用溶胶-凝胶法制备癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料。采用傅里叶红外光谱仪对癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料制备过程各阶段的合成物质进行测试,即相变材料制备阶段、SiO_2载体材料制备阶段和癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料制备阶段。研究SiO_2基相变储湿复合材料制备过程中SiO_2网络结构形成机理、癸酸-棕榈酸嵌入方式、癸酸-棕榈酸与SiO_2嵌合机理,阐明溶胶-凝胶法制备癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料的相关机理。同时采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料的物质组成和微观形貌进行测试,以佐证癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料的制备机理。结果表明:通过Si—O—Si基团断裂与重组形成大量闭合孔或笼有效地将癸酸-棕榈酸包覆,从而制备形成癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料;在癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料制备过程中癸酸-棕榈酸与SiO_2仅仅为物理嵌合,未发生任何化学反应;癸酸-棕榈酸/SiO_2相变储湿复合材料中SiO_2形成大量闭合孔或笼,一部分用于包覆癸酸-棕榈酸,发挥相变调温性能,另一部分利用其网络空隙结构,发挥储湿调湿性能,从而达到同时调节室内温度和湿度的目的。     

石墨/铝合金复合导热板强化石蜡相变蓄热研究

本文对“三明治”结构的石墨/铝合金复合导热板强化石蜡的相变蓄热特性进行了数值研究,探究泡沫金属、平板翅片以及复合导热板三种传热结构对石蜡相变蓄热过程的影响。然后本文在石墨/铝合金复合导热板的结构基础上添加了二级翅片来强化传热。研究表明：石墨/铝合金复合导热板强化石蜡相变蓄热的性能明显优于其他传热结构,呈现出自导热板向垂直于板两侧方向递减的温度分布,使得腔体内融化最为均匀,芯片温升最小。添加二级肋片后热源温升减小了15.87%,有效工作时间延长64.68%。     

快速热响应复合材料的储/放热性能分析

以膨胀石墨为无机支撑材料、石蜡为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的快速热响应复合材料,并构建传热性能测试系统对该复合材料的储/放热性能进行研究分析。研究结果表明,复合材料不仅能在熔融状态下保持形状稳定,而且显著提高了在储/放热过程的传热性能,从而有效地解决了传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾。     

改性CaCl2·6H2O混合相变蓄热材料的制备与特性

选用碳素材料(C)石墨(Gr)、石墨烯纳米片(GnPs)、多壁碳纳米管(MWCNTs)和SrCl_2·6H_2O (SCH)为改性剂添加至无机相变材料CaCl_2·6H_2O (CCH)中,制备出不同质量分数碳素材料的无机混合相变蓄热材料C/0.2%SCH/CCH,并表征混合相变材料性能。结果表明:混合相变材料液态导热系数随碳素材料质量分数增加均呈线性提高,其中2.0%石墨烯纳米片可将导热系数提高69.35%;XRD谱图表明碳素材料、SrCl_2·6H_2O和CaCl_2.6H_2O之间的混合都为物理作用;DSC结果显示随碳素材料质量分数增加,相变潜热逐渐降低;质量分数4.0%Gr、2.0%GnPs和2.8%MWCNTs将0.2%SCH/CCH 的放热时间分别减少了 18.0%、41.9%和 12.8%;4.0%Gr/0.2%SCH/CCH、2.0%GnPs/0.2%SCH/CCH 和2.8%MWCNTs/0.2%SCH/CCH在经历100次加速热循环实验后,相变潜热分别降至186 J/g、189 J/g和183 J/g左右,仍满足蓄热要求,混合相变蓄热材料具有良好的热循环稳定性。     

SA-AC/膨胀石墨的制备及性能研究

本文采用熔融混合-物理吸附法制备硬脂酸-乙酰胺共晶混合物/膨胀石墨(SA-AC/EG)复合相变材料,所得复合材料中SA-AC与EG的最佳质量比为9:1.采用SEM、FTIR、DSC、和TPS方法表征复合相变材料的微观形貌、化学兼容性、相变特性和热导率.实验结果表明,SA-AC与EG之间是通过毛细力和表面张力作用复合,复合相变材料的熔化温度和凝固温度分别为66.94℃和58.02℃,熔化焓和凝固培分别为186.8 J/g和187.8 J/g.实验所得复合相变材料的热导率高达5.909 W·m~(-1)·K~(-1),是原始相变材料(SA-AC)的17.58倍.经过500次加速加热冷却循环后,其热物性基本保持不变.因此,本实验所制备的SA-AC/EG复合相变材料具有较好的热稳定性和化学稳定性,是太阳能蓄热和工业余热回收利用的极具潜力的候选材料.     

不同复合相变材料用于电子器件控温性能的研究

本文实验研究了两种相变温度分别为59℃和85℃的有机物/膨胀石墨复合相变材料对模拟芯片的控温性能。在模拟芯片的发热功率分别为15 W、20 W和25 W条件下,测试了不同环境温度下两种复合相变材料对芯片的控温效果。结果表明,复合相变材料可以使模拟电子芯片的控制在100℃以下的时间延长38%~110%,在环境温度高达70℃的条件下也能达到控温需求。     

基于相变材料的智能手机散热系统设计

针对智能手机中高功率5G芯片及大容量锂离子电池的散热问题,提出一种新型散热结构。该结构采用质量分数为92%的石蜡/石墨与质量配比为64:36的月桂酸/肉豆蔻酸分别作为5G芯片及锂离子电池的相变冷却介质,并通过石墨烯和铜箔组成的复合散热层协助散热。通过数值分析,研究了相变材料的液相体积分数,融化率及各元件温度。结果表明：随相变材料融化率的增大,对元件温升的抑制效果越明显。在5G芯片与锂离子电池中采用不同物理性质的相变材料使其温度分别下降了8.67%,10.49%,散热效果较为明显。复合散热层的加入可以有效降低手机内部温度,提升智能手机的安全可靠性。     

酸化碳纳米管棕榈酸复合相变储能材料的研究

本文对比了不同温度下强酸处理对碳纳米管(CNT)微结构的影响,并对处理后的CNT添加到熔融棕榈酸(PA)制得的复合物的热物性进行了研究,考察酸处理CNT对复合物热物性的影响。复合相变材料的相变温度和相变焓都较纯PA有所降低。对不同温度下各复合物的导热系数的研究表明在未发生相转变时随温度升高复合相变材料的导热系数变化不明显,而在相变温度附近相变材料的导热系数有突增现象。无相态转变温度区间,含酸处理碳纳米管的复合相变材料的导热系数较相同条件下纯PA有较大提高。     

纳米金属-赤藻糖醇蓄热体系的研究

移动供热技术的关键在于蓄热材料。针对当前移动供热技术中,相变材料导热系数低、相变温度低、放热不稳定等不足,本文设计开发了一种新型纳米复合蓄热相变材料。研究了纳米铜、纳米锌、纳米铁、纳米镍和纳米铝对赤藻糖醇的蓄热性能影响,运用时间曲线法确定纳米铜作为基材的添加物。采用超声振荡预处理和添加分散剂等方法,发现按1:1添加的油酸与十二烷基硫酸钠二元混合物8 h无沉降。对纳米铜质量分数不同的六个纳米铜赤藻糖醇样本材料性能进行测定,结果表明添加0.4%的纳米铜赤藻糖醇过冷度下降89.5%,潜热值下降0.3%,固态、液态导热系数分别增大2.8倍和3.3倍。     

相变材料介质阻断电池热失控传播特性研究

针对锂离子电池热失控传播问题,以石蜡/膨胀石墨复合相变材料为电池模组热管理介质,建立电池热失控传播二维数值计算模型。通过改变膨胀石墨与石蜡的质量分数得到不同导热系数与相变焓的复合材料,探究关键设计参数对电池热失控传播的阻断特性。研究结果表明相变材料能够有效延缓甚至阻断热失控的传播,当导热系数较低或较高(如0.3和21.01 W·m^-1·K^-1)时皆能阻断热失控传播,对于中间导热系数材料的模组,首次热失控传播时间间隔随导热系数升高而增加,而后续传播间隔随着导热系数升高而减小。     

膨胀石墨体积膨胀率对毫米波衰减性能的影响

膨胀石墨是一种具有潜在应用价值的红外/毫米波无源干扰一体化材料.本文依次以硝酸和磷酸、硝酸和乙酸的混酸为插层剂,高锰酸钾为氧化剂,采用分步插层法制备了不同体积膨胀率的膨胀石墨.采用扫描电镜分析了膨胀石墨微观结构随膨胀体积的变化;采用静态测试方法测试了不同体积膨胀率膨胀石墨的毫米波衰减性能.结果表明:随膨胀体积的增大,膨胀石墨层壁更薄,片层被充分打开,其有更多的微小薄片的尺度分布介于几微米到几十微米之间;膨胀石墨对毫米波的衰减性能随膨胀体积的增大而增大,当膨胀体积从233mL/g增大到450mL/g时,其3mm波衰减性能从5.7dB增大到8.68dB.     

正二十四烷烃石蜡/膨胀石墨（EG）复合相变材料分子动力学模拟

相变材料(PCMs)在相变时的恒温、高能量密度等特性,经常应用于设备的热管理,但是PCMs导热系数低的缺点影响了其使用范围.本文采用分子动力学方法,模拟了在正二十四烷烃石蜡PCMs中添加不同结构(层状、交叉状)的膨胀石墨(EG)之后构成的复合PCMs的物性.文章通过径向分布函数(RDF)、声子态密度(PDOS)、比热容和导热系数这四个指标,分析了夹角为0°的层状结构,夹角为45°、90°的交叉状EG添加物对于石蜡热物性的影响. EG(0°、45°、90°)添加使得石蜡的原子分布在不同程度上变得更加均匀、紧密,使得石蜡的比热容有所增加.同时,两种类型的添加物提高了石蜡的PDOS,提高了导热系数.其中,EG(90°)添加物对于石蜡导热系数的提升最为明显,石蜡/EG(0°、45°、90°)模型中EG的含量分别为33.63 wt%、30.86 wt%和23.20 wt%,相比于的石蜡的导热系数分别提升了417.1%、345.7%和522.9%. EG的添加能够提高石蜡的导热系数,不同结构的EG对石蜡导热系数的影响有着较大的区别.     

金属有机骨架复合体的相变热特性测试

本文对SA/Cr-MIL-101-NH_2复合相变材料进行了结构的表征及测试,采用Hotdisk法热常数分析仪测量热导率,通过比较法测量得到其比热容,并由差示扫描量热仪测量复合材料的相变特性,采用伪超临界路径方法模拟了SA在受限空间内的相变过程。研究结果表明:质量分数为70%的SA/Cr-MIL-101-NH_2复合材料热导率相比于纯SA提升了64.8%,增强了整个材料的传热性能,复合材料的比热容、熔点、潜热均随着负载量的增大逐渐增大,但均小于块材SA,质量分数为70%的复合材料潜热达到115.53 J/g,保证了材料的蓄热性能;模拟得到受限空间内SA的回转半径小于自由空间,链段柔韧性增强,导致其熔点降低。     

平板微热管阵列式太阳能空气集热-蓄热一体化装置换热特性研究

本文基于平板微热管阵列技术,提出了一种太阳能空气集热、蓄热一体化装置,阐明了该装置的结构和工作原理。本装置以平板微热管阵列为关键热输送部件,采用52#石蜡作为相变储热材料,搭建了该一体化装置性能研究试验系统,对该装置蓄热器内部石蜡温度变化、蓄放热效率及蓄放热功率进行了实验研究和分析。结果表明:太阳能集热蓄热一体化装置可高效稳定运行,实测集/蓄、放热性能优良,测试工况下平均蓄/放热效率为59%/91.6%,平均蓄/放热功率为393 W/344 W。     

相变蓄热蜂窝体传热行为数值模拟研究

高温空气燃烧技术通过回收烟气余热降低燃料消耗而得到了广泛应用,换向时间对燃烧特性有重要影响,并与蓄热体结构和材料种类有关。本文建立了含金属类相变蓄热复合蜂窝体蓄/放热模型,考虑材料热物性随温度变化和热辐射,对蜂窝体的蓄/放热过程进行数值模拟,研究了相变材料和换向时间对空气预热温度、能量回收率的影响。计算结果表明,换向时间为120s时,含相变材料的蜂窝体比普通蜂窝体的空气预热温度高39.52 K;从放热开始到结束,含相变材料的蜂窝体的空气预热温度下降幅度约为普通蜂窝体的1/2;使用含相变材料的蜂窝体将换向时间从60 s有效延长至120 s时,空气预热温度高于换向时间未延长的普通蜂窝体,并且保持较高的能量回收率。     

纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料制备及热物性研究

本文分别制备了纳米石墨烯片质量分数为0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%的纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料,并通过扫描电镜测试、红外光谱分析、差示扫描量热实验及导热分析等实验对其形貌结构及热物性进行表征和研究.实验表明本文制备的纳米石墨烯-正十八烷复合相变材料具有很好的相变稳定性;当纳米石墨烯片的质量分数达到2%时,复合相变材料的导热系数相对于纯十八烷高出了89.4%.     

基于FTIR与UV-Vis的Ce-La/TiO_2光-湿-热复合材料制备机理

为获得具有调温调湿且能够进行光催化降解有害物质的多功能复合材料,利用溶胶-凝胶法制备Ce-La/TiO_2空心微球,以Ce-La/TiO_2空心微球为载体材料,采用真空吸附法将相变材料——癸酸-棕榈酸填充在Ce-La/TiO_2空心微球的空腔中制备具有光-湿-热协同性能的Ce-La/TiO_2复合材料。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)对制备过程中主要阶段的产物进行测试,研究SiO2模板的构建作用,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的衔接作用,癸酸-棕榈酸的嵌入对Ce-La/TiO_2空心微球的影响,利用紫外-可见分光光谱仪(UV-Vis)对Ce-La/TiO_2复合材料的光响应范围进行测试,研究Ce-La共掺杂对TiO_2空心微球光响应能力的影响,采用扫描电镜(SEM)对Ce-La/TiO_2复合材料的微观形貌进行表征分析,进一步阐明Ce-La/TiO_2复合材料制备机理。结果表明,氨水提供的碱环境有利于正硅酸乙酯缩合反应,在780.00cm-1处生成Si—O—Si基团,搭建SiO2网络骨架,形成内核,作为支撑TiO_2壁材的模板,构建TiO_2的空腔结构;表面活性剂PVP的添加,在1 035.00cm-1处形成—C—N—基团,有利于TiO_2附着在SiO2的表面;高温煅烧能够有效去除PVP避免杂质离子引入到Ce-La/TiO_2复合材料体系中。Ce-La共掺杂使Ce-La/TiO_2复合材料的吸收边带发生红移,提高在可见光下的催化降解能力,同时在1 630.00cm-1处出现—OH基团能够提高CeLa/TiO_2复合材料的亲水性。癸酸-棕榈酸较好的填充于Ce-La/TiO_2空心微球的空腔中,各组分的特征吸收峰没有发生明显变化,能够保持各组分的基本性能不变。