改良六水氯化钙相变材料的制备及性能

选取CaCl_2·6H_2O相变材料为研究对象,通过实验对相变材料的制备过程进行了优化改进,得到CaCl_2·6H_2O相变材料质量配比为43.39%H_2O+45.76%Ca Cl2+8.15%Sr Cl2·6H_2O+2.7%CMC,材料蓄放热稳定,无过冷度,无明显相分离现象,测得相变温度为28.6℃,相变潜热为169.5k J/kg。最优例材料经过100次循环稳定性测试后,相变温度降低了0.8℃,出现1.4℃的过冷度,但仍表现出良好的热稳定性。实验发现纳米粒子的添加对材料的导热性能有显著的提高,且当4种纳米粒子的质量百分数均为0.2%时,复合材料的导热系数大小依次为MWCNTCuAl_2O_3TiO_2,其中添加MWCNT的导热系数达到0.7480W/(m·K),比原材料导热系数提高了31.5%。     

石墨烯/石蜡复合材料的热物理性能研究

为改善相变蓄热用石蜡的导热性能,通过向石蜡基材中掺杂微量的石墨烯制备石墨烯/石蜡复合材料。采用扫描电子显微镜、热传导分析仪和差式扫描量热仪等获取了复合材料的表观形貌、热导率、熔点和相变潜热等关键热物性参数,讨论了石墨烯质量分数对这些参数的影响。通过动态热响应实验,揭示了石墨烯质量分数和热源温度对复合材料热响应速率的影响规律。结果表明,与纯石蜡相比,石墨烯/石蜡复合材料的热导率得到显著提高。当石墨烯的质量分数由0.2%升至2.0%,复合材料的热导率由0.266 W·m~(-1)·K~(-1)提高到0.346 W·m~(-1)1·K~(-1)。复合材料的相变潜热与纯石蜡相比并未减小,且其热响应速率高于纯石蜡。     

Mg/CaCl_2高导热传热蓄热材料的制备与性能

以无机盐氯化钙(CaCl_2)作为高温传热蓄热材料,添加金属镁(Mg)作为传热增强剂,采用静态熔融法制备具有高导热性能的Mg/CaCl_2传热蓄热材料。实验结果表明:在熔融状态下,镁条熔化成为小液滴并弥散分布以"金属雾"形式分散在氯化钙熔体中。金属镁的加入几乎没有改变体系的熔点,但是随着镁含量的增大,体系的潜热先减小后增大,导热系数先增大后减小。当镁添加量w(Mg)=0.1时,导热系数增大了41.17%。     

木基生物质碳化骨架负载聚乙二醇相变材料及表面修饰对蓄传热性能的强化

以相变芯材为核心的复合相变材料的潜热储存技术,对解决可再生能源间歇性问题有着关键作用.本研究以天然竹木为原材料,使用高温碳化方法得到碳化竹木,并使其分别吸附氧化石墨烯和还原氧化石墨烯,最终与聚乙二醇(PEG2000)复合形成稳定的复合相变材料.实验结果表明,还原氧化石墨烯可以达到很好的包封率、热导率和光热转换效率提升效果.碳化竹木/还原氧化石墨烯/聚乙二醇三元复合相变材料包封率高达81.11%,熔化潜热为115.62 J/g,凝固潜热为104.39 J/g,热导率大幅提升至1.09 W/(m·K)(纯PEG2000的3.7倍),光热转换效率大幅提高至88.35%(纯PEG2000的3.1倍).     

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%.     

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。     

石墨烯气凝胶复合相变材料的热物性研究

相变材料利用其相变潜热能力可吸收储存和释放利用热量,同时在相变过程中其温度浮动小,能够实现温度控制从而用于热管理.但是其低热导率和易泄露问题严重制约了其性能.石墨烯气凝胶因其丰富的多孔结构而具有较大的比表面积,可吸附相变材料解决其泄露问题,同时石墨烯的高导热系数可提高相变材料的热导率.这里选取正十八烷为相变材料,制备了不同质量分数的石墨烯气凝胶复合相变材料.测得石墨烯气凝胶含量为13.99 wt%的样品,其导热系数比纯正十八烷高出306.2%,熔化潜热和凝固潜热分别下降了13.8%和10.8%.分子动力学模拟结果表明,石墨烯气凝胶的引入会在一定程度上增强正十八烷分子的有序性和一致性,即在同一温度下复合相变材料中的正十八烷分子比纯正十八烷分子拥有更集中分布的末端距和扭转角,径向分布函数和自扩散系数都相对较低,说明石墨烯材料的引入可以提升正十八烷的导热系数.     

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。     

氧化石墨烯复合相变微胶囊制备及传热特性研究

本文采用原位聚合法以氧化石墨烯物理改性密胺树脂为壳材,包覆石蜡制备石蜡@密胺树脂/氧化石墨烯相变微胶囊。石蜡@密胺树脂/氧化石墨烯复合相变微胶囊在保存了石蜡高储能密度的同时有效防止了石蜡泄漏,并且提高了其导热性。当质量分数ω为6%时,导热系数为1.25 W·m^-1·K^-1,提高了7.8倍,潜热略有降低,潜热焓值为185.4 J·g^-1,包覆率为70.4%。将制备的改性微胶囊进行防泄漏测试研究,展现出优异的热稳定性能。     

基于相图低成本高温混合熔盐的配制及其热物性

基于相图计算,制备了三种碳酸盐-氯盐体系混合盐,利用同步热分析仪对所配制熔盐的熔点、潜热、初晶点、分解温度进行了测定,选出性能较好的混合盐,进而对其进行比热测试、热循环稳定性测试和蓄热成本计算。结果表明,0.18K₂CO₃-0.14Na₂CO₃-0.68NaCl混合盐具有较低的熔点、较高的潜热与分解温度和良好的热循环稳定性,与Li₂CO₃-Na₂CO₃-K₂CO₃混合熔盐相比具有更低的相变蓄热成本。     

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%。     

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。     

低温纳米复合相变蓄冷材料热物性研究

低温相变蓄冷的关键是蓄冷材料的开发.本文针对啤酒工艺对冷源温度的要求,选择BaCl2共晶盐水溶液为相变蓄冷材料基液,在基液中添加粒径为20nm的TiO2纳米粒子,形成具有蓄冷功能的纳米复合材料.对其热物性如导热系数、相变潜热、相变温度、过冷度及粘度进行了实验测量和分析.结果表明,在TiO2纳米粒子的质量分数为1%的情况下,纳米复合蓄冷材料的导热系数比基液提高了11.28%,过冷度从3.97℃降为1.21℃,同时粘度增加了21.7%,相变潜热略有降低.     

掺杂石墨烯纳米片对硝酸钠相变特性的影响及机理

纳米增强剂通常被用来提升相变材料的导热性能,但这种方式通常伴随着复合后材料相变焓的降低.虽然这种降低难以避免,但其微观机理乃至影响规律却始终未能明晰.为深入探究纳米复合相变材料相变焓降低的机理,本文以熔融硝酸钠(太阳盐的重要组成成分)为相变材料,制备了石墨烯纳米片质量分数为0%,0.5%, 1%, 1.5%, 2%的复合相变材料.通过实验测量与分子动力学模拟的方法深入分析了石墨烯纳米片的掺杂导致熔融硝酸钠产生团簇以及复合材料熔点和相变焓非依数性降低的影响机理.结果表明,石墨烯纳米片质量分数为1.5%时,硝酸钠致密层和石墨烯纳米片间的质心等效距离最接近他们相互作用势的势阱位置,此时二者之间相互吸引作用最强,熔盐分子的运动受限最为严重,难以发生熔化,从而导致相变焓降低最为显著.为了最大限度地避免纳米复合相变材料相变焓的损失,应根据相变材料与纳米增强剂的类型及其相互作用类型,合理选择纳米增强剂的质量分数.在实际应用中,恰当的质量分数还将在一定程度上降低复合相变材料的制备成本.     

石蜡-碳纳米管复合材料的热物性研究

为提高石蜡作为相变蓄冷材料的导热性能,制备了碳纳米管添加量分别为0%、1%、2%、3%、4%、5%的石蜡-碳纳米管复合材料,并对其热物性及稳定性进行实验研究。结果表明,随着碳纳米管添加量的增加,复合材料的相变温度基本不变,相变潜热逐渐减小,导热系数逐渐增大。在添加量为5%时,复合材料的融化和凝固相变潜热分别为128.2 J/g和134.4 J/g,比纯石蜡相对减小了15.5%和13.8%;固态和液态导热系数分别为0.487 W/(m·K)和0.516 W/(m·K),比纯石蜡相对提高了39.5%和40.3%,同时具有较好的循环稳定性。     

表面活性剂对Al_2O_3-H_2O纳米流体热物性特性的影响

本实验通过添加四种不同表面活性剂,分析对Al_2O_3-H_2O纳米流体热物性特性的影响,加入SDBS、SDS和PVP的Al_2O_3-H_2O过冷度分别下降20.17%、6.19%和3.18%,导热系数分别下降2.94%、4.63%和3.71%,相变时间分别延长4.40%、8.60%和6.18%。但添加TEA表面活性剂,反使得Al_2O_3-H_2O纳米流体的过冷度提高12.57%,导热系数下降6.33%,相变时间延长了15.05%。由于四种表面活性剂的影响,使得Al_2O_3-H_2O纳米流体的热导率均下降,相变时间延长。在一定浓度范围内,表面活性剂对相变潜热值的影响基本保持在6%的波动范围内,可认为少量表面活性剂对相变潜热值没有影响,但其相变曲线有较大的差异性。     

多元低共熔材料热物性及电池热管理性能研究

多元共熔相变材料在储热及控温领域具有重要的应用价值,本文通过低共熔理论合成了三种多元共熔相变材料,CALA-MA-PA (CLMP),CA-LA-PA-SA (CLPS)和 CA-LA-TD (CLTD),相变温度分别为 13.47℃,13.47℃和 8.95℃,对应的相变潜热为137.67 J·g~(-1),142.44 J·g~(-1)和138.98 J·g~(-1)。此外,本文对合成的多元共熔相变材料的基本物性、导热系数以及热稳定进行研究,并利用电化学产热作为热源,对三种多元共熔相变材料的电池热管理性能进行了研究,结果表明,三种多元共熔相变材料均能达到理想的控温效果,降低温差,提高电池寿命及热安全性。     

新型三元氯化物熔盐材料的设计及热稳定性研究

为了满足规模化太阳能热发电高温传热蓄热和工业余热回收利用的要求,分析并设计了NaCl-CaCl_2-MgCl_2三元熔盐体系作为传热蓄热介质。在已有的二元相图的基础上通过共形离子溶液(conformal ionic solution,CIS)模型模拟计算获得计算相图,根据计算相图所预测的低共熔点配比制样,采用热重差热联用分析仪(TG-DSC)对样品的熔点、相变潜热进行了表征,采用高温静态法对熔盐的稳定性进行了初步分析。结果表明:计算相图预测的低共熔点(424℃)与测试结果(428.5℃)基本一致,该熔盐相变潜热高达到191.7 J/g,熔盐在低于600℃下较稳定,适合作为高温潜热蓄热材料。研究为氯化物熔盐相图和热物性提供了宝贵的数据。     

基于VO2和石墨烯实现hBN声子极化激元和自发发射率的主动调谐

鉴于极化激元对介电环境异常敏感的特性,本文中提出了双曲材料六方氮化硼(hBN)和石墨烯与相变材料二氧化钒(VO₂)组成的异质结构,用来研究hBN声子极化激元(PhPs)的主动可调谐性.研究结果表明,通过控制hBN/VO₂异质结构中VO₂相变可实现对hBN PhPs的主动调谐,获得主动可调谐的自发发射(SE)率.当在hBN/VO₂异质结构中添加石墨烯时,会在hBN双曲线带内耦合产生双曲等离子体-声子极化激元(HPPPs),而在双曲线带外产生表面等离子体-声子极化激元(SPPPs),通过控制VO₂相态和调节石墨烯化学势亦可实现石墨烯/hBN/VO₂异质结构的耦合色散及SE率的主动调谐.该研究为使用诸如相变材料和石墨烯等功能材料调谐各向异性光学材料与光的相互作用机制提供了理论指导.     

Al2O3-H2O纳米流体的相变蓄冷实验研究

通过在水介质中添加纳米氧化铝粒子,研制了一种新型传热冷却工质一氧化铝-水纳米流体,粒径分布显示了加入分散剂的悬浮液具有很好的分散性,同时对Al2O3-H2O纳米流体和水溶液的结冰过程进行了实时观察.结果表明,加入Al2O3纳米粒子后,流体的结冰速率得到了很大提高,结冰时间大大缩短,DSC测试结果得到0.1%Al2O3-H2O纳米流体的相变潜热值为313.1 J/g.