高稳定性相变储能复合材料的制备及其光电转换性能

文中采用溶液法制备了以聚乙二醇(PEG)为基体、聚乳酸(PLA)和碳纳米管(CNTs)为支撑结构的相变复合材料。通过微观结构发现,CNTs在PEG相变复合材料中呈类“隔离”结构分布,显著降低了PEG相变复合材料的导电逾渗阈值,从0.46%(PLA/CNTs)降低至0.13%(PEG/PLA/CNTs);且PEG/PLA/CNTs相变复合材料在100次的热力学循环测试中能够保持良好的热循环稳定性和化学结构,在160℃的高温环境中能够保持良好的形状稳定性,未出现PEG泄露和塌陷现象。在温敏响应行为研究中发现,PEG/PLA/CNTs相变复合材料实现了PTC效应到NTC效应的转变;随着测试温度的提高,相变复合材料的能量储能平台逐渐变宽,最高可达37.2 min。在光-电-热效应测试中发现,PEG/PLA/CNTs复合材料在不同的光照强度下均能体现出储能效果和光电转换效率(η),在150 mW/cm^(2)光照强度下复合材料的η值达到了42.9%,且随着光照强度的增加,复合材料的η值随之上升。

导电复合相变储能材料的制备及温敏响应性能

为探究相变储能材料聚乙二醇(PEG)的加入对多壁碳纳米管/聚乳酸(PLA/MWCNTs)复合材料的热力学稳定性、导电性能、力学性能和温敏响应行为的影响,采用溶液-熔融共混的方法制备了PLA/MWCNTs/PEG复合材料。PEG的加入能够提高PLA/MWCNTs/PEG复合材料的结晶性能和韧性,添加30%的PEG时,复合材料的起始结晶温度从109.2℃提升至126.5℃,断裂伸长率从11.2%提升到160.6%。等温-电阻测试数据表明,PLA/MWCNTs/PEG复合材料具有较高的导电稳定性能,并随着等温温度的提高,PLA/MWCNTs/PEG复合材料实现了从PTC到NTC效应的转变。此外,在不同温度的循环电阻测试中发现,随着热处理温度(T_(end))的提升,复合材料的最大电阻值呈现上升趋势,复合材料的灵敏性得到改善;复合材料在热处理温度T_(end)=140~150℃的循环温度区间内,PEG的储能效果在降温过程中变得尤为显著,能够释放能量维持复合材料电阻性能的稳定。为制备具有柔性的高灵敏性的温度传感器提供了借鉴。

高导电强韧性聚乳酸/多壁碳纳米管复合材料的制备及其结构调控

为了探究聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)的引入对多壁碳纳米管/聚乳酸(MWCNT/PLA)复合材料结晶性能、热力学稳定性、导电性能和力学性能的影响,首先采用了化学改性的方法将小分子量PEGDA单体原位接枝到线型PLA分子链上,实现了具有一定柔性结构聚乳酸(GPLA)的改性制备;其次利用熔融加工的方法实现了多壁碳纳米管在PLA/GPLA/MWCNT复合材料内部的均匀富集分布,促进了复合材料内部导电网络的构筑。结果表明,通过化学原位接枝法可以成功将PEGDA接枝到PLA分子链上,形成长链结构,并且长链结构的形成能够提高复合材料的复数黏度、结晶性能和热力学稳定性。导电数据表明,随着MWCNT含量的增加,PLA/MWCNT复合材料的导电性能逐步改善,导电逾渗阈值约为0.8%;并且复合材料内部GPLA的引入,可以充分利用GPLA的异相成核能力和“晶体排斥”效应,促使PLA/MWCNT/GPLA复合材料的导电性能表现出了先升高后降低的现象,这主要是因为高含量的GPLA的引入,导致了复合材料内部的复数黏度提高,使复合材料内部MWCNT的团聚体表现出了不同的分布状态。当GPLA的含量增加到15%时,复合材料的结晶温度、结晶度和断裂伸长率分别提高了5℃、12.7%和66%。为制备柔性导电器件的研究提供了基础。

聚乙二醇基相变复合材料杂化网络结构的设计及其光-电-热转换性能

为了探究不同结构的纳米粒子对聚乙二醇(PEG)基相变复合材料形状稳定性及光电转换效率的影响,本文将碳纳米管(CNT)分别与BN、Al_(2)O_(3)以及铜粉(Cu)通过物理杂化的方式制备了PEG-聚乳酸(PLA)-CNT-X_((y))相变储能复合材料。通过导电数据分析发现,Al_(2)O_(3)和Cu纳米填料的加入对PEG-PLA-CNT-X(y)复合材料的导电性能影响较小,使复合材料仍然具有较高的导电性能;而BN的引入使复合材料的导电性能急剧下降,当BN的质量含量比达到40%时,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-BN_((40))复合材料的电导率仅为8.71×10^(-7)S/m,呈现出明显的绝缘性。通过SEM和EDS能谱发现,Al_(2)O_(3)纳米粒子在复合材料内部均匀分布,当Al_(2)O_(3)质量含量比为40%时,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料热导率和增强因子(Φ)值分别高达5.81 W/(m·K)和363.6%;相较于PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)复合材料,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料在160℃时仍具有较高的形状稳定性,没有出现PEG的泄露和塌陷现象。相比于其他纳米粒子,Al_(2)O_(3)的引入能够显著提高PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料的光热转换效率(η),η值从42.9%提升至79.9%。而且复合材料对光的响应灵敏度更高,响应速度更快,电流变化曲线更加平滑,具有优异的光电转换性能。

多壁碳纳米管-聚氨酯/聚丙烯复合材料导电网络结构的演变与性能调控

为研究多壁碳纳米管(MWCNTs)和热塑性弹性对MWCNTs-聚氨酯/聚丙烯(MWCNTs-TPU/PP)复合材料结晶性能、导电性能、拉伸性能及外场响应行为,通过溶液-熔融法制备了MWCNTs-TPU/PP复合材料。MWCNTs的引入能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶性能,导电逾渗值质量分数约为1.9wt%,开始结晶温度从117.5℃提高到131.2℃。通过电阻仪和温控装置的联用在线表征了在不同热处理温度下导电网络的构建和破坏过程,随着热处理温度从110℃提高到175℃,MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶度得到改善;TPU的引入能够显著降低MWCNTs-TPU/PP复合材料对温度的反应时间从约10 min缩短到约3 min,温度响应行为得到显著改善。通过拉伸数据分析表明,MWCNTs含量的增加能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的拉伸强度和断裂伸长率,MWCNTs添加量为2.5wt%时,复合材料的拉伸强度从~35 MPa提高到~47 MPa;应变-电阻数据表明,TPU的引入能够改善MWCNTs-TPU/PP复合材料在循环拉伸过程中应变的可回复性和导电网络结构的稳定性。