复合相变储热纳米胶囊的形成机制及性能优化基础研究
发布时间：2021-02-12 21:59
胶囊化复合相变材料在能源存储与转换、器件冷却和智能控温等方面具有广泛的应用前景。在器件冷却方面,由于目前电子器件芯片及航空电子向着高集成度、高封装密度、小体积等方向的发展,电子器件的热流密度迅速升高引起电子器件工作温度急剧升高,这对于电子器件性能产生严重的危害。针对该问题,提高相变工质中相变胶囊的热响应性能以及时除去器件运行中产生的热量从而实现高速冷却对于该应用具有极其重要的意义。基于此,本课题为了提高复合相变胶囊的热响应能力,从减小粒径和提高壳体导热性能两个途径对复合相变胶囊进行了深入研究:（1）本课题中,通过溶胶凝胶法,以SiO2作为壳材,以硬脂酸（SA）和月桂酸（LA）分别作为相变核芯,制备了更小粒径的复合相变纳米胶囊。其中SA/SiO2纳米胶囊的最佳相变焓为169.4J/g,包覆率高达71.0%;LA/SiO2的最佳相变焓为165.6J/g,包覆率85.9%。（2）在此基础上,深入研究了 pH对于该合成工艺的影响,找到了控制复合相变纳米胶囊形成的关键性环节,并提出了形成机理:脂肪酸与SiO2复合的关键步骤是SiO2团簇和核芯乳液滴之间的凝并过程,而形成SiO2团簇的硅溶胶体系中...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２物理相变原理图??
?复合相变储热纳米胶囊的形成机制及性能优化基础研究???Ｉ?ｕ?息?Ｘ?，?ｍ?？??＞：二心』热，??：．?可逆?ａ??％、＊?＂Ｗ?感?＾?ＷＴｆ?＃？％、??．：、，？?Ｘ＾Ｊ?‘、：Ｊ??ｊ?１１１１１１?，?＃－?ｉ?ｐ??、、ｄ??图２－３化学相变原理图??ＰＣＭ是一种新型绿色的能源材料，它虽然自身不能产生任何形式的能??量，但是可以利用其相变热效应，将外界环境中损失的热量以潜热的形式储??存起来，在合适的条件下自主地将能量释放利用，达到提高能量高利用率的??目的［１８１。因此，ＰＣＭ在实际使用中具有很好的应用价值和前景。早在２０世??纪４０年代，Ｍ．Ｔｅｌｋｅｓ展开了?ＰＣＭ潜热储存在太阳能系统和建筑供暖中的研??宄，开启了人们对ＰＣＭ的认识【１９】。２０世纪６０年代，美国航空航天局看到??了?ＰＣＭ在航空航天的应用价值，使得ＰＣＭ的研究跨入新时代［２Ｃ］。美国约??有１２家ＰＣＭ的公司，是目前ＰＣＭ商业应用发展最快的国家，此外，中国、??英国和德国等国家也在积极推进ＰＣＭ的商业化进程［２１〗。我国对ＰＣＭ研究??最早的是清华大学［２２］，其在七十年代利用芒硝ＰＣＭ在石家庄郊区成功研制??了基于ＰＣＭ的太阳房，研究证实ＰＣＭ具有良好的应用效果。??２．２．２相变材料分类及选择??ＰＣＭ的种类很多，存在的形式也各种各样。迄今为止，人们研究过的天??然和合成的ＰＣＭ已超过４３００多种。美国Ｄｏｗ化学公司对近两万种的ＰＣＭ??进行了测试，发现只有１％的ＰＣＭ可以进一步研宄。目前研宄者基于现有ＰＣＭ??的相变方式、相变温度和材料组成等分别对其进行了分类：ＰＣＭ按相变形式??一般可分为固
?北京科技大学博士学位论文???（＾ｐｃｉｖＴ）??４－ｉｉ?｜?｜气Ｉ液｜?｜固液｜?｜固固??Ｉ?ｒ??无机Ｉ?｜有机Ｉ?－＼￥７ｔｍ??盐类ｈ?石蜡｜?交联聚乙烯￣￣??水和盐－１醇类｜?聚氨酯??氢氧化物＿１脂肪酸｜?￣１聚丁二燦??合金Ｍ?１￣｜醋类Ｉ?ｉ－ｉ改性的聚乙二醇??图２－４?ＰＣＭ的分类??其中，固一气和液一气两种ＰＣＭ因相变时体积变化较大，伴随大量气??体存在，对容器和使用环境提出较高要求，尽管其具有很高的相变潜热，但??实际应用较少。固－固ＰＣＭ在相变过程中体积变化较小，同时由于无液相或??气相物质形成，在实际使用中无需对其进行额外的封装，这使得其系统的结??构和操控条件相对简单。但固－固ＰＣＭ也存在相变潜热较孝严重的塑晶现??象［２３］、材料品种较少、存在过冷和相分离，在实际使用中储能效率不高。固??－液ＰＣＭ利用材料熔化与凝固过程中的吸热与放热现象，实现对热能的存储??和释放。在材料固－液相变过程中，物质相转变焓较大而体积变化不大，同时??其相变过程缓和且易于控制。鉴于固－液ＰＣＭ的优点，目前它已成为研究使??用中最受关注的材料类别［２４］。??根据相变温度ＰＣＭ可分为三类：低温（小于１５°Ｃ）、中温（１５—９０°Ｃ）和高??温（大于９０°Ｃ）［２５］。其中，中低温相变材料适用于空调储冷、电子器件冷却、??建筑调温等，高温ＰＣＭ适用于核反应以及工业的废热利用、太阳能发电站??以及航空等方面。??根据化学组成ＰＣＭ主要分为无机、有机及共晶材料。无机类ＰＣＭ包括??结晶水合盐、熔融盐、金属合金等［２６］。其中，结晶水合盐应用相对广泛，其??具有较为宽泛的熔
【参考文献】：
期刊论文
[1]相变储能材料及其应用研究进展[J]. 陈颖,姜庆辉,辛集武,李鑫,孙兵杨,杨君友. 材料工程. 2019(07)
[2]世界能源发展趋势与中国能源未来发展方向[J]. 张所续,马伯永. 中国国土资源经济. 2019(10)
[3]相变储能技术发展应用及其经济性分析[J]. 晋飞,杨文佳,刘晓亮,张新伦,周玉. 科技经济导刊. 2019(09)
[4]浅谈我国能源结构现状及对策[J]. 黄佐菊. 石化技术. 2018(03)
[5]相变微胶囊导热率及功能化研究进展[J]. 李彦庆,张丽燕,周莉,徐新宇. 化工新型材料. 2018(01)
[6]石蜡/水相变乳液的制备与性能[J]. 黄莉. 化工学报. 2018(04)
[7]复合相变蓄热材料研究进展[J]. 李贝,刘道平,杨亮. 制冷学报. 2017(04)
[8]相变蓄热材料应用于太阳能采暖的研究现状[J]. 朱传辉,李保国. 中国材料进展. 2017(03)
[9]相变储能技术在谷电蓄热供暖中的应用研究[J]. 张继皇,孙利,杨强,李文. 电力需求侧管理. 2016(02)
[10]微胶囊技术在蓄热调温非织造布壁纸上的应用[J]. 刘美娟,刘星. 产业用纺织品. 2016(02)
硕士论文
[1]相变材料冷却技术在18650钛酸锂电池热管理中的应用研究[D]. 邱骏光.广东工业大学 2015
[2]相变材料应用于电子器件的控温性能研究[D]. 石国权.华南理工大学 2013
[3]Pickering乳液的制备及其应用研究[D]. 王莎.西安科技大学 2010
[4]纳米流体强化传热实验研究[D]. 梁中丽.青岛科技大学 2005
本文编号：3031485
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２物理相变原理图??
?复合相变储热纳米胶囊的形成机制及性能优化基础研究???Ｉ?ｕ?息?Ｘ?，?ｍ?？??＞：二心』热，??：．?可逆?ａ??％、＊?＂Ｗ?感?＾?ＷＴｆ?＃？％、??．：、，？?Ｘ＾Ｊ?‘、：Ｊ??ｊ?１１１１１１?，?＃－?ｉ?ｐ??、、ｄ??图２－３化学相变原理图??ＰＣＭ是一种新型绿色的能源材料，它虽然自身不能产生任何形式的能??量，但是可以利用其相变热效应，将外界环境中损失的热量以潜热的形式储??存起来，在合适的条件下自主地将能量释放利用，达到提高能量高利用率的??目的［１８１。因此，ＰＣＭ在实际使用中具有很好的应用价值和前景。早在２０世??纪４０年代，Ｍ．Ｔｅｌｋｅｓ展开了?ＰＣＭ潜热储存在太阳能系统和建筑供暖中的研??宄，开启了人们对ＰＣＭ的认识【１９】。２０世纪６０年代，美国航空航天局看到??了?ＰＣＭ在航空航天的应用价值，使得ＰＣＭ的研究跨入新时代［２Ｃ］。美国约??有１２家ＰＣＭ的公司，是目前ＰＣＭ商业应用发展最快的国家，此外，中国、??英国和德国等国家也在积极推进ＰＣＭ的商业化进程［２１〗。我国对ＰＣＭ研究??最早的是清华大学［２２］，其在七十年代利用芒硝ＰＣＭ在石家庄郊区成功研制??了基于ＰＣＭ的太阳房，研究证实ＰＣＭ具有良好的应用效果。??２．２．２相变材料分类及选择??ＰＣＭ的种类很多，存在的形式也各种各样。迄今为止，人们研究过的天??然和合成的ＰＣＭ已超过４３００多种。美国Ｄｏｗ化学公司对近两万种的ＰＣＭ??进行了测试，发现只有１％的ＰＣＭ可以进一步研宄。目前研宄者基于现有ＰＣＭ??的相变方式、相变温度和材料组成等分别对其进行了分类：ＰＣＭ按相变形式??一般可分为固
?北京科技大学博士学位论文???（＾ｐｃｉｖＴ）??４－ｉｉ?｜?｜气Ｉ液｜?｜固液｜?｜固固??Ｉ?ｒ??无机Ｉ?｜有机Ｉ?－＼￥７ｔｍ??盐类ｈ?石蜡｜?交联聚乙烯￣￣??水和盐－１醇类｜?聚氨酯??氢氧化物＿１脂肪酸｜?￣１聚丁二燦??合金Ｍ?１￣｜醋类Ｉ?ｉ－ｉ改性的聚乙二醇??图２－４?ＰＣＭ的分类??其中，固一气和液一气两种ＰＣＭ因相变时体积变化较大，伴随大量气??体存在，对容器和使用环境提出较高要求，尽管其具有很高的相变潜热，但??实际应用较少。固－固ＰＣＭ在相变过程中体积变化较小，同时由于无液相或??气相物质形成，在实际使用中无需对其进行额外的封装，这使得其系统的结??构和操控条件相对简单。但固－固ＰＣＭ也存在相变潜热较孝严重的塑晶现??象［２３］、材料品种较少、存在过冷和相分离，在实际使用中储能效率不高。固??－液ＰＣＭ利用材料熔化与凝固过程中的吸热与放热现象，实现对热能的存储??和释放。在材料固－液相变过程中，物质相转变焓较大而体积变化不大，同时??其相变过程缓和且易于控制。鉴于固－液ＰＣＭ的优点，目前它已成为研究使??用中最受关注的材料类别［２４］。??根据相变温度ＰＣＭ可分为三类：低温（小于１５°Ｃ）、中温（１５—９０°Ｃ）和高??温（大于９０°Ｃ）［２５］。其中，中低温相变材料适用于空调储冷、电子器件冷却、??建筑调温等，高温ＰＣＭ适用于核反应以及工业的废热利用、太阳能发电站??以及航空等方面。??根据化学组成ＰＣＭ主要分为无机、有机及共晶材料。无机类ＰＣＭ包括??结晶水合盐、熔融盐、金属合金等［２６］。其中，结晶水合盐应用相对广泛，其??具有较为宽泛的熔
【参考文献】：
期刊论文
[1]相变储能材料及其应用研究进展[J]. 陈颖,姜庆辉,辛集武,李鑫,孙兵杨,杨君友. 材料工程. 2019(07)
[2]世界能源发展趋势与中国能源未来发展方向[J]. 张所续,马伯永. 中国国土资源经济. 2019(10)
[3]相变储能技术发展应用及其经济性分析[J]. 晋飞,杨文佳,刘晓亮,张新伦,周玉. 科技经济导刊. 2019(09)
[4]浅谈我国能源结构现状及对策[J]. 黄佐菊. 石化技术. 2018(03)
[5]相变微胶囊导热率及功能化研究进展[J]. 李彦庆,张丽燕,周莉,徐新宇. 化工新型材料. 2018(01)
[6]石蜡/水相变乳液的制备与性能[J]. 黄莉. 化工学报. 2018(04)
[7]复合相变蓄热材料研究进展[J]. 李贝,刘道平,杨亮. 制冷学报. 2017(04)
[8]相变蓄热材料应用于太阳能采暖的研究现状[J]. 朱传辉,李保国. 中国材料进展. 2017(03)
[9]相变储能技术在谷电蓄热供暖中的应用研究[J]. 张继皇,孙利,杨强,李文. 电力需求侧管理. 2016(02)
[10]微胶囊技术在蓄热调温非织造布壁纸上的应用[J]. 刘美娟,刘星. 产业用纺织品. 2016(02)
硕士论文
[1]相变材料冷却技术在18650钛酸锂电池热管理中的应用研究[D]. 邱骏光.广东工业大学 2015
[2]相变材料应用于电子器件的控温性能研究[D]. 石国权.华南理工大学 2013
[3]Pickering乳液的制备及其应用研究[D]. 王莎.西安科技大学 2010
[4]纳米流体强化传热实验研究[D]. 梁中丽.青岛科技大学 2005
本文编号：3031485
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3031485.html
