导热增强型相变材料模拟钢板红外特征的优化设计

相变材料(PCM)具有很大的相变潜热,应用于红外示假目标的制作可实现全天候被动式红外示假,但PCM的低导热系数是实现较厚金属板材红外特征模拟的一个主要障碍。针对这个问题,探讨利用铝肋片导热增强型PCM模拟钢板红外特征的方法,建立数理模型,对一系列厚度较大钢板的红外特征模拟进行数值计算,研究肋片的分布密度、厚度以及PCM的厚度等因素对模拟效果的影响,得到用于模拟不同厚度钢板红外特征的PCM板的合理结构参数。

导热增强型相变材料温控试验

为满足高超声速飞行器舱内温度要求,提出了在舵轴热短路区域使用相变材料进行热耗散的方案。通过开展导热增强型相变材料温控试验,获得了不同试验方案对舵轴及周围金属壳体的降温效果。结果表明,导热增强型相变材料由于良好的导热性能,能够很好地发挥相变吸热能力,对降低舵轴热短路区域的局部高温具有显著效果;金属壳体内、外同时使用低温和中温相变装置,能够将舵轴周围金属壳体温度控制在允许工作温度范围内(150℃)。本研究可为飞行器舵轴温控设计提供指导。

铜纳米粒子导热增强固-液相变储能材料的性能

使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)作为钝化剂对铜纳米颗粒进行原位包覆制备了PVP/PEG/Cu复合纳米粒子(CuNP),将其作为导热增强剂引入到PEG中制备了CuNP/PEG固-液相变储能材料(PCMs),并通过FTIR、XRD、DSC以及TGA表征了CuNP/PEG固-液PCMs的结构及热性能。利用纳米粒子表面的PVP与PEG之间的氢键和空间位阻效应,以及PVP对铜核的保护作用,赋予了铜纳米粒子在PCMs中优异的分散稳定性。结果表明,CuNP的引入能够显著提高复合相变储能材料的导热能力,并能够作为晶核加速材料的结晶行为。当纳米粒子的质量分数为5%时,CuNP/PEG固-液PCMs的相变焓为157.0 J/g,体系的储热速率、放热速率和结晶速率与纯PEG相比分别提高了34.09%、31.45%和53.33%。

空间相机碳纤维桁架导热增强设计

由于空间相机桁架结构常用的碳纤维复合材料热导率较低,从而导致结构内部易形成较大温度梯度。本文提出通过在碳纤维复合材料表面附着铜网和粘贴铝膜,以实现某空间相机桁架结构的导热增强设计。首先,建立了碳纤维复合材料热导率模型。然后,针对碳纤维复合材料平板表面附着铜网/粘贴铝膜的结构特点,建立了平板的传热模型,并对未经处理的碳纤维复合材料平板以及在其表面分别粘贴0.05mm和0.5mm铝膜、附着等效直径为0.08mm铜网4种不同状态进行了热分析。接着,通过试验测试获得了不同状态平板结构的等效热导率。试验结果表明,表面附着铜网/粘贴铝膜可以使面内等效热导率得到不同程度的改善。其中,在碳纤维复合材料平板表面粘贴0.5mm铝膜效果最好,其可使结构的等效热导率提升至41.3 W/(m·K)。最后,根据试验所得结构等效热导率,对某空间相机碳纤维桁架进行了热设计。桁架结构热分析结果表明,单根桁架杆的轴向温差已由6.8℃减小为0.8℃,桁架结构温度均匀性得到显著改善。

用于低水化热水泥浆的导热增强相变微胶囊制备

基于原位聚合法,以熔点30℃的石蜡为芯材,脲醛树脂为壁材,用氮化硅改性相变微胶囊,成功制备了导热增强相变微胶囊;并对微胶囊的分子结构、储热性能、微观形貌、粒径大小、导热性能进行了观测。将该微胶囊应用于水泥浆体系,成功制备了低水化热水泥浆。试验结果表明,加入6.0%(以石蜡质量为基准)氮化硅,微胶囊的包裹率从67.3%提高到72.3%,导热系数增加了40.7%。此外,若微胶囊加量为10%(以水泥质量为基准),该水泥浆与纯水泥浆相比,最大水化温升下降了18.3℃;24 h及48 h水化热分别下降了8.48×10^4 J及7.88×10^ J。导热增强微胶囊能有效地控制水泥浆的水化温升及水化热,大幅降低了深水水合物层的固井风险。

相变材料的大体积封装形式及其导热增强研究进展

相变储能材料利用相变潜热可以在时间和空间上调整热能的平衡,将其应用于建筑可以降低建筑的能耗。相变材料在建筑应用中有不同的封装形式,详细介绍了目前可应用于建筑节能的大体积封装相变材料的不同类型,以及为提高大体积封装形式的相变材料热交换效率的导热增强方法,主要包括添加碳素材料、纳米金属填料、金属翅片等。在详细总结及深入评述目前相关研究发展现状的基础上,还探讨了今后提高大体积封装相变材料热导率的研究重点及一些可能的发展趋势。

空间碳纤维壳结构导热增强方法试验研究

为提高空间碳纤维复合材料壳结构的导热能力,降低热控设计难度,并提高热控系统可靠性,设计了包含贴覆石墨高导热膜材料以及在外部包覆的多层隔热组件内增加高导热膜等在内的3种导热增强措施,分别按这3种方法制作了试件,并增加了对照组,进行了真空热试验。试验结果表明,贴覆石墨高导热膜材料的方法使碳纤维壳结构试件的当量导热系数增大了7倍,相较其他方法具有明显优势。若该方法与包覆含有高导热膜夹层的多层隔热组件的方法协同使用,可以取得更好的效果。

橡胶导热助剂的优选

探讨导热助剂和填料对胶料导热性能的影响。结果表明:导热增强剂TB-1对橡胶的补强作用和导热效应优于氧化锌、三氧化二铁、三氧化二铝,可以用作导热型补强助剂;用于轮胎胎侧胶和胎体胶,可以提高胶料的导热性能,对胶料物理性能影响不大;用于水胎胎体胶,可以提高水胎传热速度,缩短硫化时间,提高硫化效率,降低硫化能耗。不同种类的炭黑对胶料导热性能影响不同;炭黑用量增大,胶料的导热系数增大。

3D打印技术在高导热复合材料中的应用研究

分析了3D打印技术在制备导热复合材料上的发展过程,介绍了不同种类的3D打印技术制备的高导热复合材料,包括碳纤维型、石墨烯型、碳纳米管型、氮化硼型、氮化铝型等,概述了不同类型的成型过程并归纳和总结了其导热性能。最后,对3D打印技术制备导热复合材料进行了总结与展望。

硅藻基相变储能材料的研究进展

硅藻基是一种天然的、具有良好热稳定性的非金属材料,是相变储能材料(phase change material,PCM)的优良载体,广泛应用于太阳能、建筑、节能等领域。介绍了硅藻土基相变储能材料和硅藻壳基相变储能材料。综述了硅藻土改性相变储能材料、导热增强硅藻土复合相变储能材料、光热转换硅藻土复合相变储能材料、硅藻壳改性相变储能材料的研究进展。硅藻基相变储能技术有望成为高效、环保的能源储存解决方案,为可再生能源的发展做出贡献。

MA/SBR/CNT定型复合相变材料的制备及其性能研究

以肉豆蔻酸(MA)为储能基元材料、丁苯橡胶(SBR)为储能载体、碳纳米管(CNT)为导热增强材料,通过熔融共混法制备了MA/SBR/CNT低温复合定型相变材料。采用SEM、FT-IR、XRD、DSC等测试表征手段对复合相变材料的微观结构、物化稳定性和热性能进行了分析。结果表明,SBR能很好地包裹MA,维持复合材料结构稳定且保证液相材料相变过程中不发生泄漏。CNT的加入可以有效地提高复合相变材料的热导率,当添加质量分数为7%的CNT时,复合相变材料热导率可达到0.4 W/(m·K),其导热性能大大提高;在该添加比例下,复合材料熔化、凝固相变温度分别为53.03℃、51.49℃,相变焓变分别为156.53 kJ/kg、152.35 kJ/kg。

基于相变微胶囊材料的优化与热控应用研究

相变材料的渗透性和低导热性能限制了相变材料的热控使用。本文基于航天器热控领域需求,开展了以原位聚合法制备正十八烷相变微胶囊产品的优化技术研究,归纳总结了低温相变微胶囊材料导热增强改进的方法,展示了相变微胶囊复合材料已在航天热控领域的多方面应用,提出了相变微胶囊材料今后的研究方向。

多孔硅藻土支撑芒硝基相变储能材料制备及其性能表征

采用真空浸渍法制备出一种改性硅藻土/芒硝基复合相变储能材料。在该复合材料中,以蔗糖为碳源,按比例与多孔硅藻土混合后,在氮气气氛下煅烧,使之在多孔硅藻土表面发生原位碳化以增强其导热性。采用真空浸渍法与芒硝、十水碳酸钠复合制备硅藻土支撑的芒硝基相变储能材料,利用SEM、DSC、FTIR、Hot Disk等测试了材料微观形貌、热性能、过冷度、稳定性及导热系数。结果表明,蔗糖在多孔硅藻土表面碳化可以显著提高多孔硅藻土的导热性能,当蔗糖添加量为5wt%时,硅藻土颗粒结构未受到破坏,此时导热系数为0.7985 W/(m·K),相较于未添加蔗糖碳化的硅藻土提高46%;复合相变储能材料中水合盐负载量为60%;制得的复合相变储能材料的融化温度和结晶温度分别为18.3℃和16℃,相变过程放热量为74.43 J/g,相较于纯相变储能材料有所降低;复合相变储能材料中硅藻土可有效延长相变储能材料使用寿命,经100次循环试验后,相变焓为71.22 J/g,降低4.5%,循环稳定性较好。

双螺旋盘管内膨胀石墨对相变材料的传热强化机制与蓄放热性能

本工作提出了一种双螺旋盘管与膨胀石墨强化传热的相变蓄热器结构,通过建立双螺旋管相变蓄热器模型,模拟了双螺旋管的螺距、材料热物性对蓄放热性能的影响规律。探讨了限制空间下相变材料自然对流与材料导热增强在传热强化过程中的控制作用。结果表明,在加工螺距限制条件下,减小螺距及增加螺旋数可以提升蓄热器放热性能。膨胀石墨可以提升相变材料热导率,同时会导致材料黏度增大,因此添加膨胀石墨能增强蓄热器的导热换热,但抑制自然对流换热。通过对比分析发现,在限制空间下材料的导热增强带来的传热强化程度能够弥补由于材料自然对流不足导致的传热损失。因此,本工作揭示了相变蓄热器传热强化的控制步骤在于材料热导率强化。基于实验和仿真结合的方式,本工作设计了一款用于加热生活热水的蓄热器结构,验证了所设计的蓄热器在宽进口温度、进口流量等操作工况下具有优异的放热性能。该蓄热器与电加热器相结合,能够在电热功率小于2200 W的条件下实现热水加热功率超3500 W,突破了家用电热设备的功率限制。

异丙醇铝溶胶-凝胶掺杂的SiO_2-Al_2O_3/PEG导热增强型定形相变储能材料

以异丙醇铝(AIP)与正硅酸乙酯(TEOS)为溶胶前驱体、聚乙二醇(PEG)为相变组分,经超声辅助溶胶-凝胶过程制备了SiO2-Al2O3/PEG导热增强型定形相变储能材料。利用FTIR和XRD对SiO2-Al2O3/PEG进行结构表征及结晶性能测定,利用DSC与TGA研究其热性能与热稳定性,利用显微热台与数码拍照技术测试材料的定形效果;利用热导率仪测定了材料的导热系数。结果表明,SiO2-Al2O3/PEG的相变焓值可以达到100J/g以上,低于300℃时具有良好的热稳定性,当SiO2-Al2O3/PEG中的铝硅质量比为0.2∶1时,其导热系数可达0.414W/(m.K),导热性能比纯PEG提高39.3%,并具有良好的定形效果。

基于相变材料的电动汽车电池热管理研究进展

锂离子电池作为电动车的动力核心,其性能和安全性直接关系到整车质量和行驶里程。电池的充放电性能和循环寿命受到温度的影响。本文简要介绍了电池发热机理和温度对电池性能的影响,主要综述了基于相变材料的电动汽车电池热管理技术的应用和发展。从材料角度,文中列举并分析了具有合适相变温度的PCM的潜热、导热系数等热物理性质,结论是:有机材料在满足潜热和相变温度的同时,还具备优异的成型性,而其较一般的导热性能和机械性能可通过添加改性剂来增强和优化;从装置角度,基于相变材料的热管理模块可以在被动模式下实现电芯间更均匀的温度分布、较小的温度波动和较低的能耗,而与传统的空冷、液冷方式结合后,混合热管理系统显示出更好的协同效果。目前,有关集成相变材料的电池组实验研究仍较少,但已有的计算流体动力学研究表明,借助相变材料,电池温度性能得到了优化和完善。最后分析了该新型热管理技术的发展瓶颈、可行的解决方案和未来研究方向。

石蜡/膨胀石墨/石墨烯复合相变储热材料的制备及性能

以石蜡(PA)作为相变储热材料、膨胀石墨(EG)作为主导热材料和支撑材料,石墨烯气凝胶(GA)作为导热增强材料和辅支撑材料制备了PA/EG/GA复合相变材料,研究了GA添加量对复合相变材料相变温度、相变潜热、导热性能以及循环稳定性的影响.结果表明,所制备的80%PA-17%EG-3%GA复合相变材料导热性能良好,循环稳定性出色.与80%PA-20%EG复合材料相比,该材料的相变温度、相变潜热以及循环稳定性无明显变化,但导热系数由4.089 W/(m·K)提升到了5.336 W/(m·K),显示出良好的应用前景.

相变复合纳米纤维的研究与应用

有机相变材料具有储能密度大、相容性好、价格低廉的特点,是一种理想的热能储存材料。而聚合物纳米纤维具有比表面积大、纤维直径可控和柔韧性好等多种优点,在纺织、能源等领域具有广阔的应用前景。因此,通过各种复合技术将有机相变材料与聚合物纳米纤维结合可获得结构稳定的相变复合纳米纤维,其在智能控温服装、医疗、柔性可穿戴器件等领域表现出潜在的应用价值。为了综合利用相变材料和纳米纤维的性能优势,解决有机相变材料在复合纳米纤维中的泄漏问题,本文对比分析了相变材料的封装技术(包括物理混合法、接枝共聚法和纳米约束技术)和复合纳米纤维的制备方法(包括中空纤维填充法、涂层法、复合纺丝法和微胶囊混合纺丝法)。其中,纳米约束技术表现出多样的封装形式和较好的封装效果,复合纺丝法具有较好的纤维可控性,而微胶囊混合纺丝法则具有较高的制备灵活性。为了解决相变复合纳米纤维导热率低的缺陷,研究者大多将导热填料掺杂到纤维基体中,利用高导热率的导热填料在复合材料中形成导热通路来提高整体导热率。另外,结合当下科技前沿信息,对相变复合纳米纤维在柔性可穿戴器件和药物输送控释方面的应用进行进一步介绍,并对其应用领域的扩展进行展望。本文概述了相变复合纳米纤维的特点及制备方法,并提出复合纺丝法在一定程度上可解决相变材料易泄漏的问题;阐明了通过添加高导热填料可改善相变复合纳米纤维导热率低的缺陷的研究进展;重点介绍了相变复合纳米纤维在柔性可穿戴器件和药物的输送控释两个领域的应用;展望了相变复合纳米纤维的研究方向。本综述为新型相变复合纳米纤维的制备与应用提供了参考依据。

动力电池相变控温材料关键问题分析

动力电池相变控温材料研发作为动力电池热管理技术中的一个分支,近年来逐渐成为一个研究热点。定型封装、导热增强和减小与电池单体表面间的接触热阻是动力电池相变控温材料研发过程中需同时解决的三方面问题。分析了近些年国内外关于这三方面问题的研究现状,指出开发高导热柔性定型相变材料是同时解决这些问题的有效方法,柔性基体选择及平衡热导率与相变潜热之间的关系是高导热柔性定型相变材料研发中需解决的关键问题。

纤维素基多孔骨架/棕榈酸定形复合相变材料的制备及性能研究

有机相变材料低导热性和相变过程中液相物质容易渗漏问题的解决是促进其获得广泛应用的关键。以环氧氯丙烷(ECH)作为交联剂,通过化学交联微晶纤维素(MCC)和氧化多壁碳纳米管(O-MWCNTs)水性共混物的方法制备了一种新型导热多孔骨架,然后利用真空浸渍将棕榈酸(PA)吸附到骨架中,实现了对PA封装的同时增强其导热性。即使在高于PA熔点的温度下被热压,复合相变材料仍可以保持原有形状而无明显泄露,展现出优异的封装性和形状稳定性。当O-MWCNTs的质量分数为4.44%时,复合相变材料的导热系数为0.493W/(K·m),比纯PA增加了128.2%,且此时复合相变材料仍保持157.3J/g的熔融潜热,具有较高的储能密度。