单分散Bi-Ga相变微胶囊制备及热循环稳定性

发布时间：2019-07-31 20:40

【摘要】：由于相变材料(Phase Change Materials, PCM)能量存储密度高、能量转换效率高、储存和释放热能时几乎具有恒定的温度的特点,在热能存储系统受到各国越来越多的关注。金属相变材料高温时活性大,容易引起容器的腐蚀,必须要考虑如何对金属相变材料进行可靠封装。相变微胶囊(Microencapsulation Phase Change Materials, MEPCM))形式是解决这一问题的重要方法。针对以往电镀法制备金属相变微胶囊存在的一系列问题,本文采用脉冲微孔喷射法(即POEM法),利用偏晶合金相分离特性一步制备出满足相变微胶囊要求的Bi-Ga核壳结构粒子,探讨了制备频率、熔炼保温时间和环境冷却气氛对制备的影响。对这些相变微胶囊进了吸放热循环稳定性测试,研究了相变微胶囊热循环后热物性和结构稳定性。首先,设计了5种组分的Bi-Ga微胶囊粒子Bi50Ga50、Bi45Ga55、Bi30Ga70、 Bi25Ga75、Bi20Ga80,利用POEM制备粒径均一、分散度小的Bi-Ga合金微粒子,这些该微粒子具有高熔点的Bi富集相为外壳及低熔点的Ga富集相为核心的核壳结构,每个组分下均形成了较为完美的核壳形貌。改变振动频率会影响微粒子的粒径分布和球形度。振动频率为10 Hz可满足所有组分的制备工作,但是100 Hz振动频率对于一些成分制备不利。对于Ga含量少,Bi含量多的组分,可延长保温时间来保证充分合金化,以达到更好形貌粒子的制备；对于Ga含量多,Bi含量少的组分,需采用冷却能力更强的气体作为冷却气氛,保证微胶囊粒子能够完整的凝固；对于临界组分则两方面都考虑。其次,利用SEM、EDS等对POEM法制备出的单分散相变微胶囊进行表征分析,发现微胶囊粒子都形成了很好的核壳结构。以临界组分为界限,左边Ga含量少的组分,保温90min、Ar气做冷却气体能够形成更好的核壳形貌；右边Ga含量多的组分,40 min、 He气做冷却气体能形成很好的核壳结构；临界组分保温60min, Ar:He=3:2做冷却气体能实现良好的核壳结构。最后,选取三组粒子Bi45Ga55、Bi30Ga70、Bi25Ga75作为代表组分进行0-600次热循环性能的研究,通过SEM扫描观察不同循环次数下,核壳结构形貌的变化,研究微胶囊结构的稳定性。利用DSC分析其相变点、相变潜热的变化。结果表明,热循环后核心形貌会略有变化,但核壳结构保持不变；热循环对熔化开始温度、相变潜热的影响较小。说明利用其热物理性能良好,比较适宜用作相变微胶囊。
【图文】：

Ｅｌ逡逑Ａ逦ｍ逦Ｂ逡逑图１．３典型偏晶合金相图【２＂】逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ａ邋ｔｙｐｉｃａｌ邋ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ邋ｍｏｎｏｔｅｃｔｉｃ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ逡逑由于核壳型粒子包括内核和外壳层，，内核、外壳由一种或者几种合金组成，由于其逡逑结构、大小、组成排列的不同而具有特殊的电、光、化学等特性，可以通过改变外壳的逡逑成分来改变其热、光、电、磁、催化等性质，内核元素则决定其结构特征像强度、比热逡逑容等。基Ｔ偏晶合金相分离而发展起来的核壳型结构材料己经拓展为化学、物理、生物逡逑等多学科交叉领域，并且在能源、医药、农业、建筑、非线性光学器件、电发光器件及逡逑催化助剂等方面表现出了卓越的研究价值和广阔的应用前景。有望在包括储热胶囊、电逡逑子封装等不同应用领域取得突破。逡逑１００邋ｕｍ逡逑图１．４邋Ｃｕ－３１．４Ｆｅ－３Ｓｉ－０．６Ｃ邋（重量百分比％）合金粉体微观结构【〗９】逡逑ｆｉｇ．邋１．４邋Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

单分散Bi-Ga相变微胶囊制备及热循环稳定性

子封装等不同应用领域取得突破。逡逑１００邋ｕｍ逡逑图１．４邋Ｃｕ－３１．４Ｆｅ－３Ｓｉ－０．６Ｃ邋（重量百分比％）合金粉体微观结构【〗９】逡逑ｆｉｇ．邋１．４邋Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｃｕ－３１．４Ｆｅ－３Ｓｉ－０．６Ｃ邋（ｗｅｉｇｈｔ邋％）邋ａｌｌｏｙ邋ｐｏｗｄｅｒｓ逡逑－７邋－逡逑
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

【参考文献】