硅藻土基定形相变材料的制备及应用进展

硅藻土是硅藻植物经过漫长的沉积成岩而形成的一种非金属矿物。硅藻土具有丰富微孔、耐高温、耐腐蚀性、价格低廉和资源丰富等优点,作为一种良好的吸附载体材料而受到广泛关注。介绍了硅藻土的结构特点并归纳了硅藻土常见的几种改性方法,综述了硅藻土基定形相变材料的种类及制备方法,总结了该材料在建筑领域的应用进展,分析了现阶段硅藻土基定形相变材料研究中存在的问题,并提出未来工作中需要关注的重点,以期为其规模化推广应用提供参考。

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。

添加膨胀石墨的二十二烷-十二醇复合定形相变材料的性能研究

针对于太阳能PV/T系统相变材料热导率低、易泄漏的问题,本工作制备了二十二烷-十二醇/膨胀石墨复合定形相变材料并对其性能进行实验研究。本工作首先按照6∶4的比例制备了二十二烷-十二醇相变材料,然后采用熔融共混法制备了一系列膨胀石墨含量不同的复合定形相变材料。实验借助场发射扫描电子显微镜观察其微观结构,利用热流型差示扫描量热仪、热导率测量仪等仪器测量其潜热、热导率等参数,研究了材料的物理相容性、吸附性、循环稳定性,探究了膨胀石墨和二十二烷-十二醇的最佳配比及其各项性能。结果表明,当膨胀石墨质量分数为15%时,复合定形相变材料性能最佳,此时膨胀石墨足以将相变材料吸附,渗漏率仅为3.85%且无明显渗出,其熔化和凝固相变潜热分别为203.8 kJ/kg和-196.6 kJ/kg;在经过50次冷热循环后,其相变温度及潜热变化较小,热导率基本保持稳定,波动幅度仅为5.9%,质量损失较少,仅为0.0495 g,表现出良好的循环稳定性。研究为后续定形相变材料在太阳能PV/T系统中的应用提供理论数据支撑。

不定形耐火材料在新型干法水泥窑上的配置和应用进展

进入21世纪以来,新型干法水泥生产工艺迅速取代传统湿法生产工艺,干法水泥的生产能力成倍增加,水泥窑系统的装备越来越大型化,干法水泥窑设备工况和窑内工作环境与湿法窑相比也有很大区别,对单位产品的能耗指标和窑系统运转率的高低也有了更高的要求。耐火材料作为干法窑生产线上内衬的关键组成体,不但要承担着干法水泥生产线在高温下的正常工作,而且还要具有有效降低热能损失,具有提高能源利用率和减少硫氮化物排放的作用。因此,为保障水泥窑大型生产线的正常运行,必须对新型干法水泥窑生产线重要组成部分的耐火材料,进行合理的设计配置和施工,以满足水泥窑大型化对耐火材料的新要求。

基于棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨定形复合相变储能材料的制备与表征

以棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)共晶混合物为相变材料(PCM)、膨胀石墨(EG)为支撑材料,采用熔融共混法制备了新型定形PCM,并研究了其微观结构和热性能。复合PCM中PA-SA二元共晶混合物与EG的最佳吸附质量比为8∶1,PA-SA均匀分布在EG孔隙中,PCM在熔融状态下不发生泄漏。实验表明,复合PCM的最佳堆积密度为800 kg/m^(3),且热导率与堆积密度成正比。DSC结果表明,复合PCM具有适宜的相变温度(T m:54.34℃,T f:54.02℃)和较高的潜热(ΔH m:163.19 J/g,ΔH f:161.65 J/g)。蓄放热循环与TGA结果表明,复合PCM在1000次热循环后仍保持优异的热循环稳定性,在低温储能领域有着广阔的应用前景。

无定形Fe基MOF材料的制备及析氧性能研究

采用外来金属离子诱导策略,通过一步溶剂热法成功制备了一系列In x Fe y-aMOF材料,并探究其在析氧反应中的应用.XRD、TEM和N 2吸附结果表明:Fe 3+的引入使原始晶态In-MOF失去长程有序结构,无序的纳米结构拥有较高的比表面积和丰富裸露的金属活性位点,有利于电催化反应进行.Fe-aMOF表现出最佳的析氧反应活性:在电流密度为0.01 A/cm^(2)时,过电位仅为258.2 mV,塔菲尔斜率为45.4 mV/dec.此外,Fe-aMOF还具有长期稳定性,在0.01 A/cm^(2)时至少可以连续运行110 h.该研究为合理设计和构建新一代高效电催化剂提供了一种独特的思路.

石蜡/ZIF-8@ZIF-67 定形相变材料的储热性能

针对固-液相变材料在相变过程中由于体积变化产生的芯材泄漏现象,该研究以ZIF-8@ZIF-67核壳结构为载体,以石蜡(paraffin)为相变芯材,采用溶剂蒸发法制备了质量分数为50%、60%、70%和75%的石蜡/ZIF-8@ZIF-67定形相变材料。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱、BET比表面积、热重分析、差式扫描量热和瞬态平板热源等测试手段对定形相变材料的形貌、结构、热稳定性、相变潜热、热导率进行表征;采用Fluent软件对填充相变材料的相变蓄热供暖系统进行了数值模拟分析。结果表明:ZIF-8@ZIF-67形貌为大小均匀的菱形十二面体,石蜡的最高负载量为70%,且石蜡与ZIF-8@ZIF-67 MOF载体之间没有发生化学变化。质量分数为70%的石蜡/ZIF-8@ZIF-67经50次热循环后,熔化焓为54.36 J/g,与循环前相比无明显下降(循环前熔化焓为59.59 J/g),说明其具有良好的热循环稳定性。研究表明质量分数为70%的石蜡/ZIF-8@ZIF-67相变材料可以很好的保持整体系统的温度稳定性,具有良好的蓄-放热效果。

PEG4000/聚苯胺形状稳定复合相变材料的制备及其储热性能

以聚苯胺气凝胶(PANI)为支撑骨架,聚乙二醇4000(PEG4000)为相变材料,银纳米线(AgNWs)为导热增强填料,采用低温氧化聚合法和真空浸渍法制备得到具有良好形状和循环稳定性的定形相变复合材料PEG4000@Ag/PANI.聚苯胺气凝胶的高孔隙率及PEG4000与基体材料间的氢键作用和毛细作用,使得相变复合材料的最高负载率能够达到94.17%(熔融焓为165.17 J·g^(–1),凝固焓为152.77 J·g^(–1));加入AgNWs与PANI气凝胶共同搭建导热通路,提高了相变复合材料的导热性能(热导率最高为0.45 W·m^(–1)·K^(–1),比纯PEG4000提高80%);借助Ag NWs和聚苯胺优异的光吸收能力,相变复合材料的光–热转换效率达到90.61%.高储能密度、高光热转换能力和高热导率定形相变复合材料的成功制备为新型相变复合材料的合成提供了新思路,为太阳能光–热转换和储能应用提供了新材料,实现对太阳能的高效利用.

石蜡/改性粉煤灰定形相变材料的制备及热性能研究

以石蜡(PA)为相变芯材,以经酸浸法处理的改性粉煤灰(mFA)为封装基体,采用真空浸渍工艺制备PA/mFA定形相变材料。通过熔融泄漏测试、FT-IR、DSC、蓄放热性能试验研究了PA/mFA定形相变材料的化学相容性、相变热物性等。结果表明,m(PA):m(mFA)=1∶4时,PA/mFA定形相变材料基本无泄漏,PA与mFA为物理掺混;PA/mFA定形相变材料的相变温度为22.6℃,符合人体舒适温度,相变潜热较高,为41.3 J/g;PA/mFA定形相变材料熔化和凝固过程中温度变化均滞后于环境温度变化。

LMPA/EG定形复合相变材料的制备及性能研究

以低熔点合金(LMPA)为相变材料、膨胀石墨(EG)作为多孔吸附基质和支撑材料,经熔融混合和加压压制制备出EG/LMPA定形复合相变材料(LMPA质量分数为90%),并对材料的微观结构和化学成分进行测试。结果表明,EG/LMPA中EG的多孔结构可有效地吸附LMPA,经多次加热-冷却循环的热循环稳定性较好;表观密度为3397 kg/m^(3)时导热系数为46.15 W/(m·K),与纯合金相比提高了209.1%,储能容量可达1.0×10^(5)kJ/m^(3)。

冻融循环作用下定形相变材料对土热学和力学性能影响

定形相变材料具有在周围温度变化时通过自身相转变吸收或释放热量的能力,同时使用过程中能够保持较好的强度和稳定性,该种材料掺入寒区路基土体中可以调节路基温度场。研究了冻融循环作用下一种商用定形相变材料对土热学和力学性能的影响,通过对冻融循环作用下的不同掺量定形相变材料的土体进行导热系数试验、温度监测试验和无侧限抗压强度试验,并对定形相变材料进行分析。结果表明:定形相变材料的相变焓值大于200J/g,定形相变材料的掺入使土体的导热系数增大,解冻时长增加,减小了冻融循环作用对土体强度的破坏,15次冻融循环作用下6%掺量的土体强度衰减最小,土体的热学和力学性能的变化与定形相变材料的掺量密切相关。

定形相变材料回填下的地埋管换热器实验

为研究定形相变材料(SSPCM)作为地埋管回填材料的传热特性,以30 W圆柱形发热棒作为线热源模拟地埋管换热器,用膨胀石墨吸附石蜡制成SSPCM,并将其和普通回填沙以3:7的质量比混合制备成混合回填材料,分析在夏季间歇运行工况下,SSPCM混合回填下的传热特性。结果表明,在短期实验运行模式下,相对普通沙回填,SSPCM混合回填材料形成的温度场优势明显,温度波动较小,管壁附近过余温度差异可达到10℃;距离发热中心距离越近,减缓温度场变化的效果越明显;在2种回填条件下,恢复后稳定温度以及恢复所需时间无显著差异;在多周期间歇运行工况时,回填区域内温度明显低于连续运行状况;若运行时间导致的温升超过相变材料潜热利用阶段,SSPCM无法发挥出相变储能的优势。该实验现象对SSPCM实际应用有一定参考价值。

化学接枝聚乙二醇单甲醚的氧化石墨烯/聚丙烯相变材料

在聚乙二醇单甲醚(MPEG)中引入具有三嗪环结构的2-氨基-4,6-二氯-1,3,5-三嗪(ADCT),将MPEG的-OH接枝在ADCT的三嗪环4、6位制备具有三嗪环结构的MPEG(ADMT),然后负载于载体材料氧化石墨烯(GO)得到定形相变材料(FSPCM),利用双螺杆挤出机将FSPCM与聚丙烯(PP)熔融共混,制备FSPCM质量比为5%、10%、15%的PP/FSPCM共混材料,并采用^(1)HNMR、FT-IR、DSC、热台测试等试验手段对ADMT、FSPCM、PP/FSPCM共混材料进行表征。研究结果表明:FSPCM结晶焓值为96.1J·g^(-1),在250℃下仍保留较好的定形效果。10%质量比的PP/FSPCM相变焓值为9.10J·g^(-1),焓值效率为60.7%。

关于召开“第十七届全国不定形耐火材料学术会议”的通知

由中国金属学会耐火材料分会、中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司、南京钢铁股份有限公司、先进耐火材料国家重点实验室和耐火材料杂志社主办的“第十七届全国不定形耐火材料学术会议”拟定于2023年9月11—14日在江苏省南京维景国际大酒店召开。

有机/无机复合定形相变材料的制备及应用研究进展

有机/无机复合定形相变材料能够有效的储存、释放热能,克服相变材料易泄漏、热导低等缺陷。讲述了有机/无机复合定形相变材料的制备方法,包括浸渍法、吸附法、溶胶-凝胶法、插层复合法。同时展望了相变材料存在的问题和未来应用前景。

交联定形相变储能材料的研制

分别采用高密度聚乙烯(HDPE)、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯(LDPE)1∶1的共混物作为基体材料,制备了不同凝胶率的交联定形相变材料,讨论了材料的凝胶率与交联剂用量之间的关系,并测定了材料的热性能。通过多次冷热循环实验,研究了材料的稳定性。结果表明,交联有利于改善定形相变材料的稳定性,减少石蜡的渗出。高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的共混体系更适合作封装材料。交联程度的不同对材料的相变温度和相变热均不产生影响。多孔填料如硅藻土的添加,可以进一步减少石蜡的渗出,提高材料的稳定性。

石蜡/膨胀石墨定形相变材料的性能

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构,通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块。采用差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk热常数分析仪等对复合相变材料进行了结构和性能的表征与测量,建立了冷/热循环实验系统以分析材料的蓄/放热性能等。结果表明:石蜡质量分数为80%的定形相变材料相变温度为27.27℃,相变焓为156.6kJ·kg-1。制备的定形相变材料具有相变过程形状稳定、热导率高、储热密度大等特点,并具有良好的稳定性和较长的使用寿命。

聚乙二醇/SiO_2定形相变材料在沥青中的相变储热性能

利用多孔二氧化硅的良好吸附性,将不同计量的聚乙二醇在硅溶胶胶凝过程中吸附于硅凝胶的孔隙结构中制备聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料(PEG/Si O_2 SSPCM);并将其与熔融沥青共混获得不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料(Asphalt-SSPCM)。借助孔径分析仪和扫描电镜(SEM)表征了载体二氧化硅孔结构和PEG/Si O_2 SSPCM的表观形貌;通过X射线衍射仪(XRD)、综合热分析仪(DSC/TG)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)考察了沥青中PEG/Si O_2 SSPCM的晶体结构、储热性能、热稳定性及化学兼容性;通过本文作者课题组研发的温度模拟试验箱测试了Asphalt-SSPCM的降温效果。结果表明,二氧化硅凝胶具有丰富的孔结构并能将聚乙二醇吸附于其介孔结构中;沥青中PEG/Si O_2 SSPCM仍含有聚乙二醇晶体,其储热能力随聚乙二醇含量的增加而增大,当聚乙二醇含量为76.1%时,相变焓高达117.5J/g,且不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料均表现出良好的热稳定性;PEG/Si O_2 SSPCM与沥青的化学兼容性良好,二者之间仅是物理作用;Asphalt-SSPCM的降温效果显著,可有效改善沥青路面的高温性能;并基于相变理论,分析了沥青-定形相变材料的相变储热原理。

利用焓法和有效热容法对定形相变材料熔解过程分析的比较研究

由于定形相变类贮能材料在使用中不需要容器,可与传热介质直接接触,或可与建筑材料直接结合,因此正成为研究的热点。这类相变材料基本上采用有机类相变材料为基材,其相变多发生在一个较宽的温度范围内,而不具有一个确定的熔点。针对这一特点,作者分别采用有效热容法和焓法对一种以石蜡为基材的定形相变材料的熔解过程进行了分析,发现只要在焓法中相变半径根据DSC实测的结果取值,两种算法的结果一致。