石蜡@钨酸铅/硅橡胶相变复合材料的制备及性能研究
发布时间：2022-01-02 22:20
随着化石燃料消耗的快速增长和能源需求的持续增长,提高能源效率和开发新的可再生能源至关重要。相变材料（PCMs）作为一种热能存储材料,被认为是减少对化石能源过度依赖的极佳选择。但是,作为最常用的PCMs类型,有机固液PCMs倾向于扩散到表面并在相变过程中产生泄漏等问题。PCMs封装到壳体材料中进行微胶囊化形成相变微胶囊（Microencapsulated phase change materials,MEPCMs）可以有效解决这些问题。为了实现在核技术领域中伽马射线屏蔽和潜热储存双功能,采用钨酸铅（PbWO4）这种重要的伽马射线屏蔽材料作为MEPCMs的壳体,采用石蜡（Paraffin,Pn）作为MEPCMs的芯材,合成双功能无机壳体相变微胶囊;同时,为了研究该双功能MEPCMs在应用时的性能,将其添加到硅橡胶（Silicone rubber,SR）基体中,制备了相变微胶囊/硅橡胶复合材料,本论文主要内容包括:（1）采用自组装和原位沉淀法成功了不同核壳质量比和铅钨摩尔比的一系列PbWO4壳体的Pn@PbWO4 MEPCMs...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变微胶囊的结构和工作原理
1绪论7图1-2具有SiO2壳体的相变微胶囊的合成示意图[40]Figure1-2SchemeofformationmechanismfortheMEPCMswithSiO2shell目前还有其他氧化物壳体也可作为MEPCMs外壳，如二氧化钛（TiO2）、氧化铝（Al2O3）和二氧化锆（ZrO2）等。TiO2壳体MEPCMs的形成类似于SiO2壳的溶胶-凝胶法合成，还可以借助水包油乳液模板系统通过二氧化钛前驱体的界面或原位缩聚在有机相变材料芯材上制造TiO2壳。Ma[43]等人以甲酰胺为水相，在非水包油型乳液中钛酸四丁酯（TBT）的原位水解和缩聚反应，成功地合成了以石蜡为核和无机TiO2为壳的MEPCMs。所得的MEPCMs包覆率达到54.58％，且微胶囊化石蜡的热稳定性明显提高。曹[44]等人以TBT为钛源，以十二烷基硫酸钠（SDS）为表面活性剂，通过水包油乳液模板原位缩聚，成功获得了包含棕榈酸核和TiO2壳的微胶囊，尽管包覆率仅为34％，但棕榈酸仍可以充当形状稳定的热能存储材料。Pan[45]等人以AlCl3为氧化铝源合成了的具有AlOOH壳的微胶囊化棕榈酸。在合成过程中，他们使用SDS作为表面活性剂，使用正戊醇作为助表面活性剂，建立了水包油乳液模板体系，其中Al3+可以被Al2+捕获在PCMs核的表面上。所制备的MEPCMs具有良好定义的核-壳结构和包覆率高达69％。另外，除了氧化物壳体外，碳酸钙（CaCO3）因具有更高的刚性和紧密性，也是用于封装各种PCMs的最广泛使用的无机材料。CaCO3壳体通常通过在PCMs核表面上的水溶性钙盐和碳酸盐之间的界面沉淀来制造。Yu[46]等人在2014年第一次报道了采用界面自组装沉淀法将正十八烷与CaCO3壳微胶囊化的方法。报道中建立了一种水包油乳液-模板系统，使用非离子表面活性剂通过络合组装钙离子，然后进行碳酸盐沉淀在胶束的表面，下图1-3是合成示意图。所?
西南科技大学硕士学位论文8和烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）作为混合表面活性剂，并研究不同表面活性剂比例和核/壳质量比对MEPCMs结构和性能上的影响。在核/壳质量比为50:50，SDS/OP-10质量比为1:1条件下，合成的MEPCMs具有最佳性能，熔化焓为58.54J/g，并且热稳定性明显改善。蒋[48]等人在不同的乳化剂类型和pH值下合成了CaCO3壳体包覆石蜡的MEPCMs，研究了不同条件下合成的MEPCMs的形貌结构，当乳化剂为SDS或SDBS时，MEPCMs的CaCO3壳体容易形成不稳定的球霰石型；乳化剂为苯乙烯-马来酸酐（SMA）时，有利于形成热力学稳定的方解石型CaCO3。而pH值对MEPCMs的粒径影响比较大，当pH值较小时，CaCO3壳体的形态不够稳定，包覆率也会下降；当pH值在7-10范围内，MEPCMs的粒径稳定在10μm左右。蒋[49]等人还研究了基于氧化石墨烯（GO）碳网络下对MEPCMs热性能增强，通过GO改性的CaCO3壳体微胶囊化石蜡的自组装合成，他们发现CaCO3和GO的组合可以显着增强MEPCMs的热稳定性，导热性，抗渗漏性和机械性能。图1-3具有CaCO3壳体的相变微胶囊的合成示意图[46]Figure1-3SchemeofformationmechanismfortheMEPCMswithCaCO3shell1.3.3功能壳体相变微胶囊的研究进展关于MEPCMs未来发展的大多数研究仅涉及热能存储的单功能性问题。由于无机材料是一种功能多样化的材料，因此可以设计具有功能性的外壳以赋予MEPCMs多功能性。近年来，已经有研究开发出具有功能性无机壳体材料的新型双功能或多功能MEPCMs，这些无机壳体材料包括功能性无机材料或金属氧化物如SnO2[50]、TiO2[51]、银硅壳[52]等，该技术不仅使这些微胶囊化相变材料除了热能储存能力之外，都具有多
【参考文献】：
期刊论文
[1]改性氧化石墨烯包覆的双增强相变复合填料的制备及其导热性能（英文）[J]. 冯静,刘占军,张东卿,何钊,陶则超,郭全贵. 新型炭材料. 2019(02)
[2]无机水合盐相变储能材料的过冷及相分离研究进展[J]. 李玉婷,周永全,葛飞,曹萌萌,王世栋,张慧芳. 盐湖研究. 2018(01)
[3]RAM-相变微胶囊红外微波隐身复合材料[J]. 郭军红,邵竞尧,许芬,崔锦峰,慕波,杨保平. 精细化工. 2017(12)
[4]不同太阳能热化学储能体系的研究进展[J]. 王新赫,杜轩成,魏进家. 科学通报. 2017(31)
[5]基于正十四烷微胶囊和微封装技术的相变材料技术研究[J]. 王瑞杰,金兆国,丁汀,周清,詹万初. 载人航天. 2015(03)
[6]大容量热化学吸附储热原理及性能分析[J]. 李廷贤,李卉,闫霆,王如竹. 储能科学与技术. 2014(03)
[7]聚苯乙烯/石蜡相变储能微胶囊的制备和表征[J]. 黄全国,杨文彬,张凯,范敬辉,黄忠,杨志剑,董发勤. 功能材料. 2014(13)
[8]界面聚合法制备微胶囊相变材料的试验研究[J]. 尚建丽,王争军,李乔明,武强,晁强刚. 材料导报. 2010(06)
[9]钨酸铅（PbWO4）晶体的研究概况[J]. 罗丽明,陶德节,王英俭. 人工晶体学报. 2004(05)
[10]热能储存材料研究进展[J]. 贺岩峰,张会轩,燕淑春. 现代化工. 1994(08)
本文编号：3564986
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变微胶囊的结构和工作原理
1绪论7图1-2具有SiO2壳体的相变微胶囊的合成示意图[40]Figure1-2SchemeofformationmechanismfortheMEPCMswithSiO2shell目前还有其他氧化物壳体也可作为MEPCMs外壳，如二氧化钛（TiO2）、氧化铝（Al2O3）和二氧化锆（ZrO2）等。TiO2壳体MEPCMs的形成类似于SiO2壳的溶胶-凝胶法合成，还可以借助水包油乳液模板系统通过二氧化钛前驱体的界面或原位缩聚在有机相变材料芯材上制造TiO2壳。Ma[43]等人以甲酰胺为水相，在非水包油型乳液中钛酸四丁酯（TBT）的原位水解和缩聚反应，成功地合成了以石蜡为核和无机TiO2为壳的MEPCMs。所得的MEPCMs包覆率达到54.58％，且微胶囊化石蜡的热稳定性明显提高。曹[44]等人以TBT为钛源，以十二烷基硫酸钠（SDS）为表面活性剂，通过水包油乳液模板原位缩聚，成功获得了包含棕榈酸核和TiO2壳的微胶囊，尽管包覆率仅为34％，但棕榈酸仍可以充当形状稳定的热能存储材料。Pan[45]等人以AlCl3为氧化铝源合成了的具有AlOOH壳的微胶囊化棕榈酸。在合成过程中，他们使用SDS作为表面活性剂，使用正戊醇作为助表面活性剂，建立了水包油乳液模板体系，其中Al3+可以被Al2+捕获在PCMs核的表面上。所制备的MEPCMs具有良好定义的核-壳结构和包覆率高达69％。另外，除了氧化物壳体外，碳酸钙（CaCO3）因具有更高的刚性和紧密性，也是用于封装各种PCMs的最广泛使用的无机材料。CaCO3壳体通常通过在PCMs核表面上的水溶性钙盐和碳酸盐之间的界面沉淀来制造。Yu[46]等人在2014年第一次报道了采用界面自组装沉淀法将正十八烷与CaCO3壳微胶囊化的方法。报道中建立了一种水包油乳液-模板系统，使用非离子表面活性剂通过络合组装钙离子，然后进行碳酸盐沉淀在胶束的表面，下图1-3是合成示意图。所?
西南科技大学硕士学位论文8和烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）作为混合表面活性剂，并研究不同表面活性剂比例和核/壳质量比对MEPCMs结构和性能上的影响。在核/壳质量比为50:50，SDS/OP-10质量比为1:1条件下，合成的MEPCMs具有最佳性能，熔化焓为58.54J/g，并且热稳定性明显改善。蒋[48]等人在不同的乳化剂类型和pH值下合成了CaCO3壳体包覆石蜡的MEPCMs，研究了不同条件下合成的MEPCMs的形貌结构，当乳化剂为SDS或SDBS时，MEPCMs的CaCO3壳体容易形成不稳定的球霰石型；乳化剂为苯乙烯-马来酸酐（SMA）时，有利于形成热力学稳定的方解石型CaCO3。而pH值对MEPCMs的粒径影响比较大，当pH值较小时，CaCO3壳体的形态不够稳定，包覆率也会下降；当pH值在7-10范围内，MEPCMs的粒径稳定在10μm左右。蒋[49]等人还研究了基于氧化石墨烯（GO）碳网络下对MEPCMs热性能增强，通过GO改性的CaCO3壳体微胶囊化石蜡的自组装合成，他们发现CaCO3和GO的组合可以显着增强MEPCMs的热稳定性，导热性，抗渗漏性和机械性能。图1-3具有CaCO3壳体的相变微胶囊的合成示意图[46]Figure1-3SchemeofformationmechanismfortheMEPCMswithCaCO3shell1.3.3功能壳体相变微胶囊的研究进展关于MEPCMs未来发展的大多数研究仅涉及热能存储的单功能性问题。由于无机材料是一种功能多样化的材料，因此可以设计具有功能性的外壳以赋予MEPCMs多功能性。近年来，已经有研究开发出具有功能性无机壳体材料的新型双功能或多功能MEPCMs，这些无机壳体材料包括功能性无机材料或金属氧化物如SnO2[50]、TiO2[51]、银硅壳[52]等，该技术不仅使这些微胶囊化相变材料除了热能储存能力之外，都具有多
【参考文献】：
期刊论文
[1]改性氧化石墨烯包覆的双增强相变复合填料的制备及其导热性能（英文）[J]. 冯静,刘占军,张东卿,何钊,陶则超,郭全贵. 新型炭材料. 2019(02)
[2]无机水合盐相变储能材料的过冷及相分离研究进展[J]. 李玉婷,周永全,葛飞,曹萌萌,王世栋,张慧芳. 盐湖研究. 2018(01)
[3]RAM-相变微胶囊红外微波隐身复合材料[J]. 郭军红,邵竞尧,许芬,崔锦峰,慕波,杨保平. 精细化工. 2017(12)
[4]不同太阳能热化学储能体系的研究进展[J]. 王新赫,杜轩成,魏进家. 科学通报. 2017(31)
[5]基于正十四烷微胶囊和微封装技术的相变材料技术研究[J]. 王瑞杰,金兆国,丁汀,周清,詹万初. 载人航天. 2015(03)
[6]大容量热化学吸附储热原理及性能分析[J]. 李廷贤,李卉,闫霆,王如竹. 储能科学与技术. 2014(03)
[7]聚苯乙烯/石蜡相变储能微胶囊的制备和表征[J]. 黄全国,杨文彬,张凯,范敬辉,黄忠,杨志剑,董发勤. 功能材料. 2014(13)
[8]界面聚合法制备微胶囊相变材料的试验研究[J]. 尚建丽,王争军,李乔明,武强,晁强刚. 材料导报. 2010(06)
[9]钨酸铅（PbWO4）晶体的研究概况[J]. 罗丽明,陶德节,王英俭. 人工晶体学报. 2004(05)
[10]热能储存材料研究进展[J]. 贺岩峰,张会轩,燕淑春. 现代化工. 1994(08)
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