聚氨酯基固固复合相变材料的制备与光热性能研究
发布时间：2021-07-08 20:11
太阳能光热利用技术是诸多太阳能利用技术中最直接也是效率最高的一种技术。然而,太阳能的不连续性致使其能源转换利用效率一直居低不高。为了解决该问题,研究者们的研究热点大多集中在开发新型太阳能蓄热介质,或通过添加各种添加剂以提升导热性能,或通过增加相变材料包覆率以提升蓄热性能,而针对提高太阳光全光谱的吸收性能的研究却少有报道。基于此,本人选取固固相变材料聚氨酯为基体,硫化铜纳米材料为添加剂,制备出新型的多功能固固复合相变材料,在提升蓄热性能的同时,提升吸热性能,从而更好的提高太阳光能源利用效率。对于光热转换材料,探索不同溶剂环境下制备的纳米硫化铜特点,从而优化出在产率、光转换吸收能力、热稳定性以及颗粒分散性等方面性能均较优异的复合相变材料的制备方案。结果显示,乙二醇溶剂热法制备得到的单分散纳米硫化铜具有全光谱内极高的光吸收效率、良好的单分散特性、较高的产率以及良好的热稳定性,且制备温度较低、时间较短,是一种具有巨大市场应用潜力的光热转换材料,非常适用于制备新型功能化复合相变材料,同时其优异的性质使得纳米硫化铜材料在光热复合材料领域具有非常乐观的应用前景。基于前期制备得到的硫化铜纳米材料,以聚...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳基光热相变材料表征（a）（b）碳纳米管-石蜡复合材料的SEM图片及（c）光致升温模拟实验效果曲线图
煊颍?⒉皇屎嫌糜谔?裟艿墓馊茸?幌低场?金、铂、银、钯等是当前该种类对应的光热转换材料科研领域的主要研究对象。由于上文中提到的表面电子气共振效应的作用机理，通过纳米结构的设计与修饰很容易对贵金属光热转换材料的功能特性进行操控，材料光热效应的吸收光谱、转换效率等都与其表面的形貌息息相关。因此，文献报道了大量通过调整贵形貌结构来对纳米金、纳米银等贵金属材料光热响应特征进行设计的实验研究。Jiang[25]的课题组研究了尺寸因素对于金纳米颗粒光热转换效应的影响，其电镜扫描图片及光致升温效应曲线如图1-2所示，其研究分析出，所得纳米金颗粒的粒径越大，其对可见光及近红外区的响应越弱，吸收峰红移，这一点在纳米金溶胶的颜色变化上也有所体现。图1-2纳米金光热性质（a）（b）（d）（e）不同粒径金纳米颗粒的SEM照片及粒径分布（c）不同粒径纳米金颗粒的光热转换效率对比（f）不同粒径纳米金颗粒的激发光谱峰值图第三类则是半导体材料。半导体材料的带隙宽度导致了其光响应的波长受限，需要引入多电子能级来拓宽响应范围。文献报道中所研究半导体类光热吸收材料
式得到带有缺陷，从而具有同电子气一般表面共振效应的纳米半导体颗粒。如通过热化学方法得到的缺陷硫化铜（Cu2-xS）和氧缺陷黑色二氧化钛（TiO2-X）等等。这种类型的光热转换材料具有和贵金属类似的光热响应特性，转换效率高，同时由于缺陷的存在，相比于通常半导体的本征带隙吸收，其吸收光谱对应波长的范围更广，光吸收转换的能力更强。此外，由于半导体光热转换材料无需刻意减少缺陷，其制备方式简单，产率高，种类的选择也上远远多于贵金属和碳材料，因此在能源、医疗、物理光学等许多领域受到了越来越多的关注。图1-3光热水蒸发膜性质表征（a）硫化铜/聚乙烯多孔膜电子照片（b）复合水蒸发多孔膜的光学显微镜表征结果（c）（d）复合水蒸发多孔膜的电镜扫描图（e）（f）复合水蒸发多孔膜的光热吸收效升温曲线（g）（h）复合水蒸发多孔膜的亲水角实验中科院的王振洋[26]课题组以磁控溅射和溶液氧化反应相结合，在多孔高分子薄膜表面成功生长了散布均匀的纳米硫化铜颗粒，成功结合聚乙烯多孔薄膜的毛细作用和纳米硫化铜的光热转换效应制备出了一种太阳能界面水蒸发薄膜，具有很突出的光致水蒸发效率和较强的功能循环强度，图1-3展示了其结构和形貌的表征图片及光致升温效果曲线。Han[27]等人设计了一种以传统半导体二氧化钛为基础的缺陷纳米结构B-TiO2-x（TiO2@TiO2-x）。根据文献报道，该团队用铝金属作为还原剂在二氧化钛纳米晶体的表面发生氧化反应，使二氧化钛晶体失去部分氧原子，在其外表面形成一层无定形的氧缺陷物质，其化学式为TiO2-x，因此材料的外表从传统的白色变为了黑色，称之为B-TiO2-x。这种TiO2-x层有着大量氧缺陷，能够促进和增强电子e-和电穴h+的运动，在外部刺激下更容易从能带结构中分离。此外，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]光热转换材料及其在脱盐领域的应用[J]. 郭星星,高航,殷立峰,王思宇,代云容,冯传平. 化学进展. 2019(04)
[2]煤基碳泡沫/聚氨酯相变复合材料的制备及储热性能[J]. 吴文昊,黄心宇,姚锐敏,陈人杰,李凯,邹如强. 物理化学学报. 2017(01)
硕士论文
[1]高储能密度的聚氨酯复合定形相变材料研究[D]. 王灵娟.大连理工大学 2016
[2]聚氨酯固—固相变材料的制备与表征[D]. 高毅.中国工程物理研究院 2011
本文编号：3272252
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳基光热相变材料表征（a）（b）碳纳米管-石蜡复合材料的SEM图片及（c）光致升温模拟实验效果曲线图
煊颍?⒉皇屎嫌糜谔?裟艿墓馊茸?幌低场?金、铂、银、钯等是当前该种类对应的光热转换材料科研领域的主要研究对象。由于上文中提到的表面电子气共振效应的作用机理，通过纳米结构的设计与修饰很容易对贵金属光热转换材料的功能特性进行操控，材料光热效应的吸收光谱、转换效率等都与其表面的形貌息息相关。因此，文献报道了大量通过调整贵形貌结构来对纳米金、纳米银等贵金属材料光热响应特征进行设计的实验研究。Jiang[25]的课题组研究了尺寸因素对于金纳米颗粒光热转换效应的影响，其电镜扫描图片及光致升温效应曲线如图1-2所示，其研究分析出，所得纳米金颗粒的粒径越大，其对可见光及近红外区的响应越弱，吸收峰红移，这一点在纳米金溶胶的颜色变化上也有所体现。图1-2纳米金光热性质（a）（b）（d）（e）不同粒径金纳米颗粒的SEM照片及粒径分布（c）不同粒径纳米金颗粒的光热转换效率对比（f）不同粒径纳米金颗粒的激发光谱峰值图第三类则是半导体材料。半导体材料的带隙宽度导致了其光响应的波长受限，需要引入多电子能级来拓宽响应范围。文献报道中所研究半导体类光热吸收材料
式得到带有缺陷，从而具有同电子气一般表面共振效应的纳米半导体颗粒。如通过热化学方法得到的缺陷硫化铜（Cu2-xS）和氧缺陷黑色二氧化钛（TiO2-X）等等。这种类型的光热转换材料具有和贵金属类似的光热响应特性，转换效率高，同时由于缺陷的存在，相比于通常半导体的本征带隙吸收，其吸收光谱对应波长的范围更广，光吸收转换的能力更强。此外，由于半导体光热转换材料无需刻意减少缺陷，其制备方式简单，产率高，种类的选择也上远远多于贵金属和碳材料，因此在能源、医疗、物理光学等许多领域受到了越来越多的关注。图1-3光热水蒸发膜性质表征（a）硫化铜/聚乙烯多孔膜电子照片（b）复合水蒸发多孔膜的光学显微镜表征结果（c）（d）复合水蒸发多孔膜的电镜扫描图（e）（f）复合水蒸发多孔膜的光热吸收效升温曲线（g）（h）复合水蒸发多孔膜的亲水角实验中科院的王振洋[26]课题组以磁控溅射和溶液氧化反应相结合，在多孔高分子薄膜表面成功生长了散布均匀的纳米硫化铜颗粒，成功结合聚乙烯多孔薄膜的毛细作用和纳米硫化铜的光热转换效应制备出了一种太阳能界面水蒸发薄膜，具有很突出的光致水蒸发效率和较强的功能循环强度，图1-3展示了其结构和形貌的表征图片及光致升温效果曲线。Han[27]等人设计了一种以传统半导体二氧化钛为基础的缺陷纳米结构B-TiO2-x（TiO2@TiO2-x）。根据文献报道，该团队用铝金属作为还原剂在二氧化钛纳米晶体的表面发生氧化反应，使二氧化钛晶体失去部分氧原子，在其外表面形成一层无定形的氧缺陷物质，其化学式为TiO2-x，因此材料的外表从传统的白色变为了黑色，称之为B-TiO2-x。这种TiO2-x层有着大量氧缺陷，能够促进和增强电子e-和电穴h+的运动，在外部刺激下更容易从能带结构中分离。此外，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]光热转换材料及其在脱盐领域的应用[J]. 郭星星,高航,殷立峰,王思宇,代云容,冯传平. 化学进展. 2019(04)
[2]煤基碳泡沫/聚氨酯相变复合材料的制备及储热性能[J]. 吴文昊,黄心宇,姚锐敏,陈人杰,李凯,邹如强. 物理化学学报. 2017(01)
硕士论文
[1]高储能密度的聚氨酯复合定形相变材料研究[D]. 王灵娟.大连理工大学 2016
[2]聚氨酯固—固相变材料的制备与表征[D]. 高毅.中国工程物理研究院 2011
本文编号：3272252
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