导热增强型聚醚基复合相变材料的制备与性能

发布时间：2017-09-13 02:14

  本文关键词：导热增强型聚醚基复合相变材料的制备与性能

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【摘要】：本论文中采用溶胶-凝胶法制备了导热增强的复合定形相变储能材料。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,通过水解缩合制备的无机SiO2为网络支撑材料,以具有高相变焓值的聚乙二醇(PEG6000)作为复合材料中的相变储能组分,通过掺杂Ti4O7、CF以及金属泡沫Ni制备出导热增强、储热能力强且定形效果优异的复合相变储能材料。通过酸碱溶胶-凝胶法经过原位掺杂钛黑(Ti4O7),制备了复合定形相变储能材料Ti4O7/PEG/SiO2。实验中通过SEM、FT-IR、XRD、DSC、TG、导热系数和光热转换测试,以及储放热能力测试等对材料进行了结构与性能的表征。测试结果表明：各个材料之间仅仅是物理上的复合,PEG被束缚在SiO2的三维网状结构中,所以该复合材料在相变过程中不会发生漏液现象,具有优异的定形相变性能。复合材料由于添加了Ti4O7,导热系数提高,储放热速率加快,而且Ti4O7在紫外-可见区具有较强的光吸收与光热转换能力,从而可用于占太阳辐射能45%的紫外-可见高能光的捕集与利用,从而提升太阳能利用效率。当材料中Ti4O7含量达到3%时,相变焓值为145.0J/g,导热系数为0.45W/(m·K),在360℃以下具有良好的热稳定性。通过酸碱催化溶胶-凝胶法原位掺杂碳纤维(CF),制得了复合定形相变储能材料CF/PEG/SiO2。CF既具有较强的导热性能,又具备一定的光吸收与光热转换能力,与纯PEG相比复合材料CF/PEG/SiO2储放热速率快,光热转换性能优异。SEM结果表明复合材料中Si02的多孔结构被PEG和CF完全填充,当达到相变温度时由于Si02的支撑与束缚作用而不会发生漏液现象。红外分析表明复合材料中未生成新的物质,XRD表明复合材料具有结晶特性。CF含量为2%时,相变焓值为159.1 J/g,导热系数达0.44W/(m-K),与PEG/SiO2复合PCMs相比,导热增强率为69.2%,复合材料在340℃以下具有很好的稳定性。通过酸碱催化溶胶-凝胶法与真空浸渍法制备了复合定形相变储能材料PEG/SiO2-Ni。金属泡沫吸附硅溶胶与PEG的混合物,加热逐渐变为凝胶,无机Si02和金属泡沫骨架对相变组分PEG具有保护作用,使复合材料达到相变温度时不漏液。DSC、TG表明复合材料具有高的相变焓值,在340℃以下具有良好的热稳定性。PEG/SiO2-Ni复合定形PCMs导热系数为0.41W/(m·K),与PEG/SiO2复合PCMs相比,其导热增强率为57.7%,升、降温曲线的测试结果表明材料储放热速率明显加快。
【关键词】：相变储能材料 溶胶-凝胶法 导热增强 掺杂
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-31
• 1.1 无机相变储能材料11-12
• 1.2 有机相变储能材料12-23
• 1.2.1 有机固-液相变储能材料13-16
• 1.2.2 有机固-固相变储能材料16-23
• 1.3 复合相变储能材料23-28
• 1.3.1 溶胶凝胶型23-25
• 1.3.2 多孔基吸附型25-27
• 1.3.3 核壳结构型27-28
• 1.4 复合相变储能材料的应用28-29
• 1.4.1 在电池方面的利用28
• 1.4.2 在建筑领域的利用28-29
• 1.4.3 在太阳能方面的利用29
• 1.4.4 在纺织方面的利用29
• 1.5 本论文的设计思想29-31
• 2 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的制备及性能研究31-48
• 2.1 前言31
• 2.2 实验部分31-33
• 2.2.1 实验原料和仪器31-32
• 2.2.2 PEG/SiO_2复合PCMs的制备32
• 2.2.3 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的制备32-33
• 2.2.4 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的测试及其表征33
• 2.3 结果与讨论33-46
• 2.3.1 PEG/SiO_2复合PCMs中PEG含量的确定33-35
• 2.3.2 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的制备35-36
• 2.3.3 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的定形效果36-37
• 2.3.4 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的SEM与EDS表征37-38
• 2.3.5 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的红外表征38-39
• 2.3.6 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的XRD表征39-40
• 2.3.7 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的热性能表征40-41
• 2.3.8 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的热稳定性测试41-42
• 2.3.9 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的导热性能测试42-43
• 2.3.10 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的光热转换性能测试43-45
• 2.3.11 Ti_4O_7/PEG/SiO_2复合PCMs的储放热速率测试45-46
• 2.4 小结46-48
• 3 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的制备及性能研究48-61
• 3.1 前言48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 实验原料及仪器48-49
• 3.2.2 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的制备49
• 3.2.3 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的测试及其表征49-50
• 3.3 结果与讨论50-60
• 3.3.1 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的制备50-51
• 3.3.2 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的定形效果51
• 3.3.3 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的SEM表征51-52
• 3.3.4 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的红外光谱表征52-53
• 3.3.5 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的结晶性能表征53
• 3.3.6 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的热性能表征53-55
• 3.3.7 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的热稳定性表征55-56
• 3.3.8 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的导热性能测试56
• 3.3.9 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的光热转换测试56-58
• 3.3.10 CF/PEG/SiO_2复合PCMs的储放热速率测试58-60
• 3.4 小结60-61
• 4 PEG/SiO_2-Ni复合PCMs的制备及性能研究61-71
• 4.1 前言61
• 4.2 实验部分61-63
• 4.2.1 实验原料和仪器61-62
• 4.2.2 PEG/SiO_2-Ni复合PCMs的制备62
• 4.2.3 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的测试及表征62-63
• 4.3 实验结果与讨论63-70
• 4.3.1 PEG-Ni复合PCMs的制备63
• 4.3.2 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的制备63-64
• 4.3.3 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的定形效果64
• 4.3.4 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的光学显微镜照片64-65
• 4.3.5 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的XRD表征65
• 4.3.6 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的热性能表征65-66
• 4.3.7 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的热稳定性测试66-68
• 4.3.8 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的导热系数测试68
• 4.3.9 PEG/SiO_2-Ni复合定形PCMs的储放热速率测试68-70
• 4.4 小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况78-79
• 致谢79-80

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