棕榈酸定形复合相变材料研究进展

棕榈酸因存在热导率低和物态相变时易泄漏的缺点,限制了其在诸多领域的发展和应用。棕榈酸定形复合相变材料以支撑材料为基体,将棕榈酸分散在基体材料中,不仅有效解决棕榈酸的泄漏问题,而且基体材料的加入还能提高复合相变材料的热导率。综述了基于不同基体材料的棕榈酸定形复合相变材料的研究进展,指出了棕榈酸定形复合相变材料的不足之处,并展望了其未来研究方向。

石蜡/碱改性硅藻土/膨胀石墨复合相变储热材料的制备及性能

通过碱处理,优化了硅藻土(DIA)的孔隙结构,提高了孔隙率,增加了石蜡(paraffin)负载量。通过直接浸渍法制备了新型性状稳定的石蜡/碱改性DIA/膨胀石墨(EG-alDIAP)复合材料,并研究了其结构与性能的关系。结果表明,复合相变材料的石蜡负载量从47.4%提高到了61.1%,进而提高了复合材料的储热性能;向改性DIA中添加膨胀石墨(EG)提高了复合材料的传热能力,添加质量分数10%EG时导热系数提高了113%(从0.276 W·m^(-1)·K^(-1)提高到了0.589 W·m^(-1)·K^(-1))。随着EG含量的升高,复合相变材料的相变潜热有所增加,但化学相容性、稳定性等无明显变化。含10%EG的石蜡/碱改性DIA复合材料具有可靠的储能性能、良好的温度调节性能和蓄放热能力。

Ti和Nb微合金化对CuZr基相变增韧非晶复合材料组织性能的影响

以典型B2相增韧非晶复合材料形成合金Zr_(48)Cu_(48)Al_(4)为基础,分别研究了Ti、Nb微合金化添加对其凝固组织和性能的影响规律。研究发现,与基础合金相比,微合金化显著改变了B2相的组织形貌(包括大小、数量、形状),其中Ti微合金化降低了B2晶体相的形核能力,提高了非晶和非晶复合材料的形成能力;而Nb微合金化则提高了B2相的稳定性,并大幅提高了非晶相与B2相的硬度以及非晶复合材料的强度和压缩塑性(分别达到了1470 MPa和21.5%)。本研究为非晶复合材料的成分设计与制备提供了实验依据,对开发高性能相变增韧非晶复合材料具有参考价值。

柔性复合相变材料用于锂离子电池热管理的效果模拟研究

以石蜡为相变材料、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物为弹性载体、石墨烯为导热增强剂,制备了一种柔性复合相变材料(FCPCM),对FCPCM用于锂离子电池热管理的效果进行了模拟研究。结果表明:与空气自然对流热管理手段相比,将FCPCM贴敷于锂离子电池表面进行被动式控温,可使锂离子电池表面中心最高温度至少降低1.89℃;在一定范围内增大FCPCM的导热系数和厚度,可减小电池表面中心最高温度和电池厚度方向的温差;FCPCM与锂离子电池之间的接触热阻也明显影响热管理效果,随着接触热阻增大,热管理效果下降。

双层相变材料复合水箱蓄热特性研究

以双层相变材料复合水箱为研究对象,通过数值模拟和实验研究的方法,对该水箱的蓄热特性进行模拟分析与实验验证,对比分析单、双层相变材料复合水箱的热特性,探究双层相变材料位置对复合水箱蓄热特性的影响规律。研究结果表明,与单层相变材料复合水箱相比,双层相变材料复合水箱的热分层更好,蓄热能力得到提升,双层相变材料复合水箱较普通水箱的蓄热量提高9.7%。双层相变材料距离进出水口位置较远时,相变材料完成熔化的时间更接近,更有利于蓄热水箱的热分层。

废弃生物质复合相变材料的构建与应用

相变材料(PCM)可以通过自身的相变来储存或向外释放热量,从而减少能源供需失衡,提高能源的有效利用,但其固液相变过程中的泄漏和导热性差等缺点限制了其进一步发展。废弃生物质材料是一类可再生能源,价格低廉,来源广泛,大多属于多孔介质,是相变材料的良好载体。废弃生物质复合PCM利用生物质丰富的孔结构高效封装PCM,不仅改善了这些缺点,而且实现了固碳。本文综述了几种常与废弃生物质复合的相变材料(聚乙二醇、石蜡和脂肪酸)的基本性质、相变特性和结合方法,总结了废弃生物质复合PCM的构建方法以及在太阳能利用、建筑节能、热致变色纺织品、冷链温度控制、农业技术等领域的应用,讨论了生物质复合PCM的发展局限性和未来展望。本综述将为推进生物质复合PCM的研究提供参考,这对于资源循环利用以及绿色低碳发展至关重要。

生物质多孔碳复合相变材料制备和热性能研究

将木材通过高温碳化的方法制备三维生物质碳基材料用于相变材料载体,制备复合相变材料,并对复合相变材料进行结构表征、性能测试及防泄漏实验。结果表明:多孔碳载体材料导热孔道网络完整,保证了有机相变材料的高效稳定负载量;相比于纯相变材料,70%PA@GNS热导系数达到了0.763W/(m·K),提高了3.18倍;含有20%多孔碳复合材料的潜热值达到了182J/g,比理论值潜热值高了约7%;并能有效防止相变材料泄漏。

Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O-Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O/SiO_(2)复合定形相变材料的制备及应用

以Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O(SCD)、Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O(DHPD)为相变主体制备了共晶体系,通过绘制凝固点变化图与DSC测试共同确定在m(SCD)∶m(DHPD)=4∶6时形成共晶,FTIR和XRD结果显示,2种水合盐间没有发生化学反应,但其晶型结构发生改变。通过添加质量分数为2%的Na2SiO3·9H_(2)O作为成核剂降低体系的过冷度,且经历50次相变循环体系未出现相分离,相变焓值仅下降0.25%。进一步使用质量分数为25%的气相SiO_(2)作为支撑材料,采用浸渍法制备了相变前后形状稳定的共晶水合盐/SiO_(2)定形相变材料(SSPCM)。所得SSPCM的相变温度为24.08℃,相变焓值为146.6J/g,过冷度为0.55℃,热导率为0.4571W/(m·K)。同保温泡沫相比,其可将模拟房内部中心温度的升温时间延长了1.81倍,降温时间延长了0.39倍。

沥青路面用复合相变材料研究进展

为缓解夏季热岛效应和减少路面病害,“凉爽路面”已从概念得到落实,其中相变材料因其自动控温的特性受到了道路工程研究人员青睐。介绍了相变材料的分类及其特点,概述了路面传热机理模型和影响因素。针对直掺相变沥青性能劣化的问题,提出了复合相变材料技术并展开介绍其应用效果。还总结归纳了相变改性沥青控温效果测试方法的优缺点,综述了复合相变材料对沥青及沥青混合料的降温效果和性能影响,最后指出了当前路用相变材料应深入研究的方向,并对复合相变材料泄漏问题提出了改进方法与展望。

多孔铝骨架/复合相变材料温控性能研究

相变储能材料(PCM)具有储热密度大、储/放热过程几乎恒温性等优点,是解决电子器件狭小空间下高热流密度问题的理想方案,但相变材料本身的导热系数较低、传热效率差等特性却限制了其应用范围。针对上述难题,以石蜡作为相变材料,通过3D打印制备多孔铝骨架,再采用水浴灌注法将石蜡灌注到多孔铝骨架中,制备出多孔铝骨架/复合相变材料(AS-PCM)。通过实验探究了95%、85%、75%3种孔隙率的温控性能。实验结果表明,添加多孔铝骨架可增强PCM的热传递,从而降低热源温度。在较大的功率下,AS-PCM对传热的改善更为明显。熔化完成前,低孔隙率AS-PCM热沉的底部温度和温度梯度更低,使用多孔铝骨架代替泡沫金属,为提高PCMs的导热性能提供了了新的多孔金属基体。

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。

低熔点四元硝酸盐基定型复合相变材料的制备与研究

采用冷压-热烧结方法制备研究了一种形态稳定的硝酸盐基复合相变材料,该材料具有较低的熔点和较宽的温度使用范围,适用于中低温领域的热能储存。研究选取NaNO_(3)-NaNO_(2)-KNO_(2)-LiNO_(3)共晶四元硝酸盐为相变基体材料,氧化镁为结构支撑材料,石墨为导热增强剂,并对其微观结构、化学相容性、热物理性能和循环稳定性进行了一系列表征,结果表明:在烧结前后四元硝酸盐、氧化镁以及石墨之间不发生化学反应,具有良好的化学相容性及化学稳定性。在不同质量比的样品中,四元硝酸盐与氧化镁质量比为6∶4时,为复合材料的最佳配比,且其负载质量分数8%的石墨后,仍表现出优异的结构稳定性;该复合材料的熔点较低,约为70℃,分解温度达到610℃;在50~580℃的温度范围内,具有超过749 kJ/kg的储能密度;添加8%的石墨后复合材料的热导率从0.41 W/(m·K)提高到了0.77 W/(m·K);经150次循环后,复合材料表现出良好的热循环稳定性。这种具有低熔点、宽温域的盐基复合材料是中低温热能存储的有力候选者,本研究为其在中低温领域的应用提供了实践依据。

锂电池热管理用TPE基柔性复合相变材料的研究进展

热塑性弹性体(TPE)因其出色的柔韧性、低成本和强相容性,可作为相变材料(PCM)的载体,将其与相变材料和导热填料复合制备的柔性复合相变材料(FCPCM)在电池热管理(BTM)领域具有广泛的应用前景。本文通过总结国内外关于TPE基柔性复合相变材料在电池热管理领域的研究成果,对常用的TPE材料进行了分类并对其工作原理和制备方法等进行了详细介绍。针对相变材料在电池热管理应用中存在的低导热性、低形状稳定性、不良力学性能等问题,本文重点介绍了TPE基柔性复合相变材料的热物理性能(相变潜热和热导率)、电池热管理效果(最高温度和最大温差)、力学性能和抗振性能等。指出当前电池热管理中柔性复合相变材料存在的局限性并对未来的发展方向进行了展望,寻找潜在的柔性材料、协同的二元柔性载体和二元导热填料,提高柔性复合相变材料的绝缘性、介电性和低温适应性等方面应是未来的主要研究方向,增强柔性复合相变材料在振动条件下对锂电池的温控性也需要进一步探索。该综述对电池热管理中TPE基柔性复合相变材料的进一步研究和开发提供重要参考价值。

应用于太阳能储热的膨胀石墨/石蜡复合相变材料的制备与热性能

为了改善太阳能储热用相变材料的性能,以石蜡为基材,通过添加分散剂和不同质量分数的膨胀石墨,制备出具有良好热性能的复合相变材料。实验测试复合相变材料在熔化和凝固过程的温度变化,分析复合相变材料的蓄放热特性,并采用参比温度法得出复合相变材料的主要热物性参数。数值模拟复合相变材料的熔化过程,比较分析温度的模拟值与实验数据,研究复合相变材料的固液相变化规律和微观流场。结果表明:添加膨胀石墨可增强相变材料的传热,提高相变材料的蓄、放热性能,添加1.5%膨胀石墨的相变材料的热传导率是纯相变材料的1.49倍;随着膨胀石墨的添加量增加,复合相变材料黏度增大,使对流换热强度减弱,同时复合相变材料的潜热也逐渐降低,使蓄热量减小;膨胀石墨添加量(质量分数)为1.0%的复合相变材料蓄放热性能最佳,放热时间比纯相变材料缩短38.06%;膨胀石墨的添加量越高,复合相变材料的熔化速率越快;膨胀石墨添加量为1%的复合相变材料蓄放热性能最佳。

冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响,基于相变材料的温度调控功能,提出了一种采用膨胀石墨-正十四烷复合相变材料(EG-C_(14))改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象,开展典型冻融循环后不同EG-C_(14)掺入比黄土试样的体积变形试验、力学性能试验和微观结构试验,探究冻融作用下不同EG-C_(14)掺量对黄土力学性能的影响规律及改良机理。试验结果表明:EG-C_(14)减缓了冻融循环过程中土体内部的温度变化,进而有效抑制了土体的胀缩变形;同时,EG-C_(14)降低了冻融循环对土体微观结构的损伤,与素黄土相比,多次冻融循环后改良土体内部的支架孔隙明显减少,颗粒骨架也更为密实,进而增强了土体的力学性能;此外,EG-C_(14)改良黄土的力学性能随EG-C_(14)掺量的增加先增大然后逐渐趋于稳定,且掺量为4%时改良效果最佳。

生物炭/聚乙二醇复合相变材料的制备及其性能研究

利用农业废弃物玉米秸秆作为前驱体,经过高温煅烧、KOH刻蚀后获得比表面积较大的多孔生物炭(K-BC),再将一定比例的生物炭与聚乙二醇(PEG)于60℃真空浸渍,得到复合相变材料(C-PCMs)。利用比表面积及孔径分析仪(BET)、粉末X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)和热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)等对复合相变材料结构、储热性能、导电性及其稳定性进行测试表征。同时利用红外热成像技术对复合相变材料的光热、电热转换性能进行了研究。结果表明,当K-BC与PEG的质量比为1∶5时,复合相变材料的光热电热转换性能最佳。

PEG/漂珠复合相变材料的表征及性能研究

为了研发适用于高温环境下沥青路面的复合相变材料,本研究以PEG2000作为相变材料,漂珠作为载体,利用PEG2000优良的相变特性及漂珠的高强度特性,制备出一种高强度且耐高温的复合相变材料(composite phase change materials,CPCMs)。制备的CPCMs在相变储热性能上表现较好,同时具有优良的化学稳定性、兼容性及热稳定性。当CPCMs的掺量达到60%时,测温试件之间的最高温差仅为2.8℃,峰值温度出现的时间延迟了2.1 min,对路用性能也产生了不利影响。因此,适量CPCMs能够有效调控沥青混合料温度。该研究结果为沥青路面的降温调控提供了参考。

一种装配式建筑新型相变复合保温材料的研究

针对传统的装配式建筑保温材料普遍存在水泥发泡效果不充分的问题,为实现新型保温材料在装配式建筑中的有效应用,研究提出了一种含有发泡水泥和相变微胶囊的相变复合保温材料,并通过微观表征观察、导热系数测试以及传热实验测试等手段来探究该材料的隔热保温性能。实验研究发现,掺入相变微胶囊的相变复合保温材料导热系数较低,并且当相变微胶囊质量比为5%时复合保温材料的发泡较为充分,并且体现出了较为理想的保温隔热性能。相比于单纯水泥材料具有十分显著的保温隔热优势,具有一定的应用价值。

新型CaCl_(2)·6H_(2)O-MgCl_(2)·6H_(2)O复合相变材料的制备研究

为制备相变温度适宜、潜热值大、性能优越的空调相变蓄冷材料,采用CaCl_(2)·6H_(2)O-25%MgCl_(2)·6H_(2)O为空调蓄冷基材,添加丙三醇和乙醇作温度调节剂,成功制备了一种新型有机-无机共晶空调蓄冷材料(PCM);利用DSC与高低温交变箱测试了新型蓄冷材料的相变潜热值与相变温度。以SrCl_(2)·6H_(2)O与SrCO_(3)作成核剂,经过100次热循环实验发现新型复合PCM未出现相分离,具有良好的热稳定性。

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。