石墨烯/正十八烷复合相变材料的热物性研究
发布时间：2021-02-18 01:32
热能储存技术能有效提高能源利用效率,为克服能源危机和环境污染问题起到了重要的积极作用。潜热储存主要是利用相变材料（PCM）发生相变时的潜热实现热能的储存和利用,是目前最重要的热能储存方式。然而在实际应用中,绝大多数PCM都存在热导率过低的缺点,尤其是传统的有机PCM,极大地限制了热能存储系统的热响应速率和系统效率。随着纳米技术的发展,新型纳米材料因其独特的体积效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特征,在诸多领域展现出巨大的应用潜力,有望通过添加高导热纳米粒子改善传统PCM的导热特性。本文选取新型的二维碳纳米材料石墨烯作为PCM的添加剂,通过实验测量和分子动力学模拟研究了石墨烯/正十八烷复合PCM的相变热特性。首先,采用两步法制备了纳米石墨烯片/正十八烷复合PCM,对其分散稳定性、微观形貌结构以及化学相容性进行了表征,对比研究了纳米石墨烯片添加量对复合PCM相变温度、相变焓、比热、导热系数及热稳定性的影响。研究表明:分散剂的加入显著提高了复合体系中纳米石墨烯片的分散稳定性,体系经多次相变循环后未产生明显团聚或沉降。纳米石墨烯片在正十八烷基体中依然保持着良好的片层状结构且分散均匀,复合过程中...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
符号表
1 引言
2 文献综述
2.1 相变储热材料概述
2.2 石墨烯复合相变材料研究进展
2.3 微尺度热物性求解方法
2.3.1 热量传输粒子-声子
2.3.2 分子动力学
2.3.3 第一性原理
2.4 热物性测试方法
2.4.1 相变温度、潜热及比热测试方法
2.4.2 导热系数测试方法
2.5 复合材料导热模型
2.5.1 Maxwell模型
2.5.2 Hamilton-Crosser模型
2.5.3 Cheng-Vachon模型
2.5.4 Nielsen-Lewis模型
2.5.5 Lin模型
2.5.6 Y.Agari模型
2.6 本文的研究内容
3 纳米石墨烯片复合相变材料的制备及热物性测试
3.1 引言
3.2 纳米石墨烯片复合相变材料的制备
3.2.1 实验材料和仪器
3.2.2 制备过程
3.3 性能表征
3.3.1 微观形貌测试
3.3.2 红外吸收光谱分析
3.3.3 差示扫描量热实验
3.3.4 导热系数测试
3.3.5 热重分析
3.4 实验结果及分析
3.4.1 分散稳定性
3.4.2 材料形貌
3.4.3 化学相容性
3.4.4 相变特性
3.4.5 导热系数
3.4.6 热稳定性
3.5 本章小结
4 石墨烯复合相变材料相变过程的分子动力学模拟
4.1 引言
4.2 模型与方法
4.2.1 模型的建立
4.2.2 模拟方法及参数选取
4.2.3 导热系数计算方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 模型验证
4.3.2 自扩散系数与熔点
4.3.3 势能与比热
4.3.4 导热系数
4.3.5 径向分布函数
4.3.6 速度自相关函数
4.4 分子动力学模拟结果与实验结果的多尺度分析
4.5 本章小结
5 石墨烯/正十八烷复合相变材料在纳米Al表面的分子动力学模拟
5.1 引言
5.2 模型与方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 势能变化
5.3.2 均方位移与自扩散系数
5.3.3 径向分布函数
5.3.4 结构演变
5.3.5 空间取向相关函数
5.3.6 相对浓度
5.3.7 导热系数
5.4 本章小结
6 结论及展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间论文目录
B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨片层对有机相变材料导热性能的影响[J]. 陈宏,朱冬生,漆小玲,张秀荣. 材料导报. 2011(22)
[2]氧气在聚丙烯内吸附和扩散的分子模拟[J]. 陶长贵,冯海军,周健,吕玲红,陆小华. 物理化学学报. 2009(07)
博士论文
[1]含无机纳米颗粒复合相变储能材料的制备及热性能研究[D]. 王继芬.华东理工大学 2011
本文编号：3038845
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
符号表
1 引言
2 文献综述
2.1 相变储热材料概述
2.2 石墨烯复合相变材料研究进展
2.3 微尺度热物性求解方法
2.3.1 热量传输粒子-声子
2.3.2 分子动力学
2.3.3 第一性原理
2.4 热物性测试方法
2.4.1 相变温度、潜热及比热测试方法
2.4.2 导热系数测试方法
2.5 复合材料导热模型
2.5.1 Maxwell模型
2.5.2 Hamilton-Crosser模型
2.5.3 Cheng-Vachon模型
2.5.4 Nielsen-Lewis模型
2.5.5 Lin模型
2.5.6 Y.Agari模型
2.6 本文的研究内容
3 纳米石墨烯片复合相变材料的制备及热物性测试
3.1 引言
3.2 纳米石墨烯片复合相变材料的制备
3.2.1 实验材料和仪器
3.2.2 制备过程
3.3 性能表征
3.3.1 微观形貌测试
3.3.2 红外吸收光谱分析
3.3.3 差示扫描量热实验
3.3.4 导热系数测试
3.3.5 热重分析
3.4 实验结果及分析
3.4.1 分散稳定性
3.4.2 材料形貌
3.4.3 化学相容性
3.4.4 相变特性
3.4.5 导热系数
3.4.6 热稳定性
3.5 本章小结
4 石墨烯复合相变材料相变过程的分子动力学模拟
4.1 引言
4.2 模型与方法
4.2.1 模型的建立
4.2.2 模拟方法及参数选取
4.2.3 导热系数计算方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 模型验证
4.3.2 自扩散系数与熔点
4.3.3 势能与比热
4.3.4 导热系数
4.3.5 径向分布函数
4.3.6 速度自相关函数
4.4 分子动力学模拟结果与实验结果的多尺度分析
4.5 本章小结
5 石墨烯/正十八烷复合相变材料在纳米Al表面的分子动力学模拟
5.1 引言
5.2 模型与方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 势能变化
5.3.2 均方位移与自扩散系数
5.3.3 径向分布函数
5.3.4 结构演变
5.3.5 空间取向相关函数
5.3.6 相对浓度
5.3.7 导热系数
5.4 本章小结
6 结论及展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间论文目录
B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨片层对有机相变材料导热性能的影响[J]. 陈宏,朱冬生,漆小玲,张秀荣. 材料导报. 2011(22)
[2]氧气在聚丙烯内吸附和扩散的分子模拟[J]. 陶长贵,冯海军,周健,吕玲红,陆小华. 物理化学学报. 2009(07)
博士论文
[1]含无机纳米颗粒复合相变储能材料的制备及热性能研究[D]. 王继芬.华东理工大学 2011
本文编号：3038845
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