光转换型储热节能薄膜的合成与表征

发布时间：2020-10-22 03:54

　　 由于纯相变储能材料无法利用全波段太阳辐射,而氧化石墨烯作为一种碳纳米材料的,具有紫外-可见-近红外全波段吸收和高导热系数的特性。所以用它作为光热转换材料,通过超声辅助物理共混的方法与相变材料聚乙二醇(PEG)共混构筑光热转换和相变储能于一体的复合相变材料,可以实现对可见光的有效利用。本文将复合相变材料制备成薄膜,对其性能进行初步的研究。主要通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),差示扫描量热仪(DSC)、紫外分光光度计以及自组装光热转换系统等手段对复合相变材料的微观形貌、晶相、官能团、储热性能和光热转换性能进行了分析。首先,利用氧化石墨烯(GO)的全波段吸收和光热转换功能,与相变材料PEG物理共混制备GO/PEG复合相变材料。复合相变材料呈层状结构,PEG分布在GO的片层之间或吸附在GO的表面,随GO含量的增加其层间的堆叠变得较复杂,表面也比较粗糙。复合相变材料的相变温度为50.5℃,相变潜热超过80J/g,具有很好的储热性能。复合相变材料在可见光波段范围内(380-760nm)存在吸收,能通过光驱动来存储能量,具有较高的光热转换和能量存储的效率,η均大于0.75。其次,利用具有较高的吸光性的偶氮苯衍生物共价改性石墨烯来提高其在可见光波段的吸光性,再将改性后的GO与相变材料PEG物理共混制备具有光热转换和储能功能的复合材料。结果表明:GO和偶氮苯分子之间通过酰胺键(-NH-CO-)接枝在一起,改性后的GO片层间距变小。复合相变材料中PEG分布在GO的片层之间或通过氢键等强的相互作用吸附在GO的表面,造成材料的表面比较粗糙,层间堆叠更复杂。该复合相变材料具有较高的相变潜热,相变焓超过85J/g,具有很好的储热性能,其相变温度为50.6℃。在可见光波段复合相变材料的吸光性较高,光热转换和能量存储的效率较高,η均大于0.8。最后将所制得的复合相变材料进一步制备成薄膜材料,通过优化复合相变材料的掺量,得出复合相变材料的掺量不能过多,不超过15%,否则影响采光。本研究制备的薄膜材料具有较好的柔韧性和机械性能,其耐酸碱腐蚀性能也较好,也具有良好的储能性能。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.2
【部分图文】：

图 1-1 石墨烯是构建富勒烯、碳纳米管和石墨的基础结构单元[33]石墨烯独特的二维结构使得它在光、电、热等方面都具有优异性能。在石墨烯子的配位数为 3，键之间的夹角为 120°，中心的碳原子和其他碳原子在同一个内通过 σ 键相连接，形成稳定的六边形状。由于 C-C 之间的 σ 键的键能很大，墨烯的热稳定性能明显增强，它的极限强度为 130GPa，拉伸模量也很高，1TPa[36]。同时，在垂直于层平面的位置形成了贯穿全层的大 π 键，具有很好的所以石墨烯具有优良的导热、导电性，导热率是 5000W/m﹒K[37]。石墨烯属于导体，有很强的二级电场效应、室温半整数量子霍尔效应以及超高的电子流动性.2 石墨烯的功能化尽管石墨烯各方面的性能非常优越，应用的潜力也十分巨大。但它规整的 sp2形结构导致分子间作用力都很强，表面也表现为惰性性能，反应的活性也较低叠团聚，不能很好在分散在溶剂中[37-39]，从而降低了石墨烯的竞争优势。这些目前关于功能化石墨烯的研究项目大量增加的一个重要原因，通过对石墨烯改

得石墨烯在光学领域也能够得到应用。氮苯是一种具有光敏特性的材料，它是一种二氮烯的衍生物，中间包含一-N=N-），二氮烯两端的氢原子分别被苯环所取代，具有热力学稳定的反s）和亚稳定的顺式结构（cis）两种结构形态[47]。研究发现，偶氮苯分子在见辐射[48]、机械压力[49]、静电激发[50]的作用时可发生反-顺的异构化，由稳转变到亚稳态的顺式结构；又因其反式结构的热力学的稳定性较高，亚稳在特定的条件下如可见光、热等条件作用下会回复到稳态的反式结构，如在发生顺反异构化的过程中，其分子或原子的内部会伴随电子在不同能级而当电子能级发生变化时就会有能量的吸收或释放。这样的异构化行为使在化学、非线性光学甚至在储能领域都表现出非常独特的性能，并且偶氮间的光线照射下产生的分解也是比较少的，具有比较好的光学稳定性。但物也存在着一些固有的缺点，如它的能量密度低、回复半衰期短等问题，阳能存储方面的应用。

图 2-1 自组装光热转换测试系统的实验装置日光灯模拟太阳光获得稳定的光源，照射到样品表面的光的功率由率 P 约为 100mW/cm2，样品接收的辐射面积约为 4.5cm2）。数据斯特电子仪器有限公司生产 TOPRIE 拓普瑞多路温度记录仪记录数录仪每隔 5 秒自动记录样品的温度数据，然后通过绘制温度-时间温度随光照时间的变化。然后通过绘制温度-时间图来研究材料对转换和能量存储性能。材料的光热转换和相变储能的效率可以根据算得到[10]。 = mΔH/(P S( t )) （2.1）光热转换及相变存储效率；热转换相变储能材料的质量（g）；通过 DSC 技术测定光热转换有机相储能材料的相变焓（J/g）；
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本文编号：2851054