两种相变复合材料的制备及其储热性能研究

题名	两种相变复合材料的制备及其储热性能研究
作者	洪海志
导师	李安
答辩日期	2017
学位名称	硕士
关键词	聚丙烯氮化硼石墨烯相变复合材料储热
摘要	相变材料(PCMs)能在相转变时吸收或释放大量的潜热,从而使其被大量的应用于建筑节能、室内保暖、可调温纺织品、军事和航天领域等。本文以聚丙烯和氮化硼为基体材料,制备了两类相变复合材料。全文共分为三个部分:第一部分,将聚丙烯溶于对二甲苯,借助冷冻干燥的方法制备了聚丙烯的气凝胶。通过吸附相变物质,如石蜡、硬脂酸(SA)、肉豆蔻酸(MA)等,制备了聚丙烯基相变复合材料。通过SEM,表明聚丙烯气凝胶内部是多孔结构,相变物质被吸附到了聚丙烯的多孔结构中。通过EDS,表明聚丙烯气凝胶吸附相变物质是比较均匀的。BET分析结果表明聚丙烯气凝胶的比表面积为38.66 m2g-1,在相对压力P/Po为0.97时测试得到的孔体积为0.17 cm3g-1,孔径分布主要集中在22.54 nm。DSC测试结果表明聚丙烯气凝胶不论吸附石蜡,还是硬脂酸、肉豆蔻酸等相变物质,均能达到相变物质本身75%左右的储能密度,经过30次的冷热循环,测得聚丙烯气凝胶对石蜡的吸附质量分数达到了900%;经过50次冷热循环的聚丙烯/石蜡(PP/Paraffin)相变复合材料的熔融焓也没有明显的降低,且他们的DSC曲线几乎重合。导热分析测试结果表明聚丙烯/石蜡相变复合物的热导率比纯石蜡的至少提高了一倍,说明聚丙烯气凝胶有助于增强热导率。第二部分,利用异丙醇充分溶解硬脂酸和不同比例的氮化硼,得到了几种比例的二元相变复合材料。通过SEM和TEM可以清晰的观察到氮化硼的片层结构,FTIR表明了混合后的相变复合物没有发生化学反应。XRD结果表明了氮化硼的相变复合材料仍然保持着良好的结晶性能。DSC测试结果表明氮化硼的相变复合材料的放热温度均在50℃,适当的添加氮化硼对于提高相变潜热是非常有利的。过冷度分析表明,氮化硼的添加使复合材料的过冷度都降至10℃以下,说明其对于降低相变物质的过冷度很有帮助。通过测试样品的热导率,结果表明添加少量的氮化硼对于热导率的提高明显。第三部分,通过化学还原法制备了氮化硼/石墨烯(BG)的凝胶,再用冷冻干燥制备了气凝胶,最后对相变物质进行吸附制备了氮化硼-石墨烯-硬脂酸(BGS)三元相变复合物材料。通过SEM观察,石墨烯气凝胶的内部呈疏松多孔结构,二维的石墨烯片层发生了扭曲并联结到一起,石墨烯气凝胶与硬脂酸复合后,内部几乎没有孔隙,与氮化硼复合后则依然有许多孔隙存在。通过FTIR测试表明氮化硼和硬脂酸的特征吸收峰明显,且石墨烯和氮化硼复合后没有新的吸收峰。XRD测试结果说明氮化硼和石墨烯的添加对硬脂酸的两个特征峰没有影响。吸附性能测试发现石墨烯气凝胶的吸附倍率为15.11倍,而少量氮化硼添加的三元相变复合材料拥有更高的吸附倍率,达到了18.52倍。DSC结果表明氮化硼-石墨烯-硬脂酸相变复合物和纯相变物质的相变温度相差很小,少量添加氮化硼时其储能密度达180 J g-1,其它三元复合物的储能密度大多在150-160 J g-1左右,并且添加少量氮化硼的三元相变复合物的潜热值要比未添加的石墨烯/硬脂酸的潜热值高出15%左右。热导率测试结果表明,三元相变复合材料的热导率随着氮化硼含量的增加而增加,说明氮化硼有利于提高复合物的热导率。
页数	65
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TB33
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93121
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	洪海志. 两种相变复合材料的制备及其储热性能研究[D],2017.