泡沫金属基复合相变材料的有效导热系数研究

为了更有效地预测泡沫金属基复合相变材料(composite phase change material,CPCM)的导热性能,提出了一种新的CPCM相分布模型,以此为基础建立了带有空穴子模型的简化传热模型,并利用等效热阻法推导得到泡沫金属基CPCM有效导热系数的通用计算式。传热模型考虑了相变过程中相变材料(phase change material,PCM)的体积变化和空穴分布的影响,使得有效导热系数的计算结果更加符合实际。

闭孔金属基复合泡沫材料制备技术研究进展

闭孔金属基复合泡沫材料是一种新型多孔复合材料,主要以空心微球和基体粉末为原料,将空心微球填充到金属或合金基体中复合而成;因其具有轻质、高强、良好的阻尼、吸能、隔热、隔音及电磁屏蔽等诸多优异性能,在减震、缓冲阻尼及防撞击等相关领域具有广泛的应用价值。本文主要介绍了利用空心微球制备闭孔金属基复合泡沫材料的方法,总结了其制备过程中存在的问题,并概述了闭孔金属基复合泡沫材料的应用。

金属泡沫/石蜡复合相变材料的制备及热性能研究

利用泡沫铜、泡沫镍和泡沫铝为支撑材料,石蜡作为相变主材,通过恒温浸渍法和浇注法制备多种复合相变材料。研究吸附温度和时间对金属泡沫/石蜡复合材料中石蜡含量的影响,确定恒温浸渍法制备复合相变材料的优选条件为70℃水浴下吸附10 min,借助稳态平板法测导热系数技术和红外成像技术对优选条件下制备的复合相变材料的导热系数和温度场分布情况进行测试。结果表明,蓄-放热过程中泡沫铜/石蜡复合材料稳定性最好,温度分布最均匀;复合材料在50℃和35℃之间进行蓄-放热时,泡沫铝/石蜡复合相变材料的蓄-放时间最短;恒温浸渍法制备的复合相变材料导热系数比纯石蜡高5~9倍,浇注法制备的复合材料则比纯石蜡高6~13倍。本研究有助于推动泡沫金属/石蜡复合材料的成型应用,为今后复合相变材料温度场分布情况研究提供实验依据。

泡沫铝和石蜡复合相变材料的传热特性分析

通过将融化的石蜡注入泡沫铝构成复合相变材料,能有效改善复合相变材料石蜡的导热性能.以两边定壁温、两边绝热的正方形泡沫铝复合石蜡相变材料为研究对象,利用双温度模型分析了纯石蜡、低密度泡沫铝复合石蜡、高密度泡沫铝复合石蜡的传热特性.采用相似理论得出双温度模型的理论解形式,并以显热容法数值模拟了相变传热过程.结果表明:经过简化的双温度模型的理论解与数值解高度吻合,在正方形中二维传热可以简化为一维传热来进行求解;泡沫铝复合石蜡相变材料的导热系数比纯石蜡有了较大改善;相变过程中石蜡和泡沫铝之间的温度差不可忽略.

金属基与熔融盐复合蓄热材料的制备与性能研究

采用一定的制备工艺将金属基(泡沫镍)与K2CO3,Li2CO3,Na2CO3,LiOH和NaOH等熔融盐在一定温度下进行复合,得到一种新型复合蓄热材料。用扫描电镜,X-射线以及差热-差重分析等手段对复合蓄热材料的结构与性能进行研究,测试结果表明该复合蓄热材料达到了预期的结果;进一步讨论了复合时间和复合材料中熔融盐含有率关系以及复合温度和蓄热密度之间的关系。

Na_2SO_4·10H_2O基复合相变储能材料对金属封装材料腐蚀性研究

采用失重法,并对腐蚀产物的物质组成和显微结构进行X射线衍射和扫描电镜分析,对十水硫酸钠基复合相变储能材料相变循环对不锈钢、铝合金、纯铜和黄铜等金属封装材料的腐蚀动力学特性进行了研究。结果表明:金属封装材料的耐腐蚀性为不锈钢最佳,紫铜的耐腐蚀性最差,其顺序为:不锈钢304>不锈钢201>铝合金1060>铝合金5052>铝合金6061>铝合金7075>黄铜>紫铜,纯铜的腐蚀主要以点蚀形式存在,蚀孔表面有Cu_2O膜的存在,Cl-的存在与氧竞争吸附,加速腐蚀;黄铜也存在点蚀,同时黄铜与相变材料反应,生成物质粘附在黄铜表面。铝合金腐蚀以点蚀形式存在,腐蚀产物呈开裂状附着于基体表面。铜及合金和铝合金不适合做芒硝基复合相变储能材料的封装材料,不锈钢201和304呈现良好的耐腐蚀状态,适宜作为芒硝基复合相变储能材料的金属封装材料。

采用泡沫复合相变材料的电子元件热控制单元数值仿真

将相变材料(PCM)应用于移动电子设备热控制单元(TCU)是一种极为理想的被动式热设计方案,但因PCM导热率低,TCU热性能较差,需强化PCM的导热以提高TCU的热性能。对填充泡沫复合相变材料(FCPCM)的TCU建立了二维数学模型,并对TCU的热性能进行了计算分析。其中,FCPCM的传热模型考虑了空穴的影响;PCM相变过程采用等效热容法求解。对填充FCPCM的TCU设计和加肋设计进行了比较分析,此外,还分析了泡沫孔隙率、热源功率以及泡沫骨架材料对TCU热性能的影响。结果表明,填充铝制FCPCM极大提高了TCU的热性能,可以很好地满足电子元件热控制设计要求。

美国石开发出轻质高强金属基复合泡沫层状复合材料

美国纽约大学、深泉科技公司，以及美国陆军研究实验室的研究人员合作，成功制备出了由轻质金属基复合泡沫和碳纤维复合材料构成的层状复合材料。金属基复合泡沫通过引入中空颗粒在泡沫结构中形成气孔，具有较好的抗压强度，但刚度较低。与此前金属基复合泡沫通常夹在刚性板材中间形成夹层结构不同。

实型熔铸颗粒强化制备金属基复合材料新技术的研究

把实型铸造与熔铸技术有机结合提出金属基复合材料颗粒强化新技术。通过在实型铸造的泡沫材料的特定部位,事先将高性能合金进行弥散分布处理,浇铸金属母液,在金属结晶凝固过程中,在保持基体材料成分及性能不变的情况下,一次性获得表层或内表层具有特殊性能的金属基复合材料铸件。复合材料层成分、组织由表层向基体呈梯度分布,厚度可控,可以进行机械后加工。

碳纳米管对泡沫铜/石蜡复合相变材料热性能的影响

以泡沫铜(copper foam, CF)、碳纳米管(carbon nanotubes, CNT)和石蜡为原料,分别制备CF/混合CNT/石蜡和CF/催化CNT/石蜡两种复合相变材料(phase change material, PCM),CNT与石蜡的质量比均为1:99。采用SEM和Raman光谱表征材料的形貌和品质,用激光导热测试仪和差示扫描量热仪表征复合PCM的传热性能和相变行为。结果表明,所有PCM复合情况良好,且引入2种不同形式的CNT均能提高石蜡的热导率。虽然混合CNT的品质比催化CNT更好,但与CF/混合CNT/石蜡复合材料的热导率(3.28 W/(m·K))相比,CF/催化CNT/石蜡复合材料的热导率仍达到3.94 W/(m·K)。此外,两种形式的CNT均能有效改善石蜡的相变潜热和过冷度。

铜粒子负载泡沫基相变复合材料的制备与性能

以三聚氰胺泡沫(MF)经高温碳化后制得的碳泡沫(CF)为基体,以氯化铜(CuCl_(2))和水合肼(N_(2)H_(4)·H_(2)O)溶液为前驱体,利用氧化还原反应在泡沫骨架上生成铜粒子,然后通过真空浸渍法将聚乙二醇(PEG)封装在基体中制得相变复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和红外热成像仪等研究了相变复合材料的形貌、结构和热性能.结果表明,当CuCl_(2)浓度为1.0 mol/L时,Cu粒子均匀致密地沉积在CF骨架表面,制得的相变复合材料在具备良好密封性能的前提下,相变潜热可高达145.2 J/g,热效率超过80%,光热转换效率达到83.8%,且呈现出优异的储热能力和调温性能.本文为制备综合性能优异的相变复合材料提供了一种策略,有利于拓宽相变复合材料的应用领域.

纳米银负载三聚氰胺泡沫基相变复合材料的一步法制备及结构与性能

以轻质柔性的三聚氰胺泡沫(MF)作为基体,将其置于由乙二醇(EG)、硝酸银(AgNO_(3))、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氯化铜(CuCl_(2))组成的反应溶液中,利用高温环境中发生的氧化还原反应在泡沫骨架上生成纳米银(Ag),随后通过真空浸渍法在泡沫基体中封装月桂酸(LA)制备相变复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和红外热成像仪等对制得的相变复合材料的形貌、结构和热性能进行研究.结果表明,当AgNO_(3)浓度为4mg/mL时,纳米Ag均匀致密地沉积在MF骨架表面,且同时存在Ag纳米粒子(AgNPs)和Ag纳米线(AgNWs)两种形态.相变复合材料的相变焓高达144.0J/g,相变焓效率超过了80%,呈现出优异的温度调节和储热能力.本文提供了一种制备综合性能优异的相变复合材料的新策略,有利于拓宽相变复合材料的应用领域.

网状陶瓷增强金属基复合材料制备方法与存在问题

文章介绍了泡沫陶瓷增强金属基复合材料的研究现状和制备方法,提出了增强体泡沫陶瓷性能要求,介绍了影响复合材料制备工艺的因素。

石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备

选择KNO3/Na NO3二元体系按照质量比4∶6制备共晶盐,对共晶盐进行了熔点及熔化潜热的测量;将石墨泡沫这一新型材料作为强化基体,共晶盐作为相变材料(PCM),采用熔融浸渗法制备了适用于太阳能热发电系统储能装置的石墨泡沫/共晶盐复合相变材料。采用扫描电镜对复合相变材料表面的微观结构进行了表征,并对其熔点、潜热、等效导热系数等热物性参数进行了测试。结果表明:共晶盐与石墨泡沫复合效果比较理想;复合前后共晶盐的熔点和潜热几乎没有发生变化;复合相变材料的等效导热系数得到了显著提升,石墨泡沫对相变材料起到了导热强化作用,满足高温蓄热的要求。

高孔隙率泡沫铜强化相变材料熔化特性

为了研究纯石蜡与泡沫铜/石蜡相变复合材料吸热熔化性能的不同,探究泡沫铜对石蜡熔化换热过程的影响,本文对纯石蜡和孔隙率为0.98的高孔隙率泡沫铜/石蜡复合材料的相变熔化过程进行了可视化实验研究,并数值模拟分析了纯石蜡及泡沫铜/石蜡复合材料熔化过程。结果表明:复合材料与纯石蜡的液相率变化出现交点,即临界液相率值,此时复合材料具有的液相占比与纯石蜡液相占比相同;泡沫铜的填充能明显改善纯石蜡传热系数低的问题,加快相变材料的整体熔化速率,当热通量为1200W/m2时,孔隙率为0.98的泡沫铜填充使纯石蜡完全熔化时间缩短了约12.5%,并使整体温度分布更均匀,改善热分层现象,且复合材料最大温差比纯石蜡最大温差低约27.5K。

PEGCF复合相变材料的制备、表征及热性能

以泡沫碳(CF)为基底,不同分子量的聚乙二醇(PEG)为相变材料,采用物理共混法制备出一系列聚乙二醇/泡沫碳(PEG/CF)复合相变材料,利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、N2吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)和热重分析(TGA)对制备的复合相变材料进行了表征分析和热性能研究.结果表明,PEG/CF复合相变材料的定形能力为90%,PEG与CF之间只存在简单的物理吸附作用,并没有发生化学变化生成新物质;PEG4000定形复合相变材料的相变焓最大(168.5J·g^(-1));所有制备的复合相变材料在220℃以下均具有良好的热稳定性.

SiC颗粒粒径和相对密度对泡沫SiC_p/ZL10_4复合材料压缩性能的影响

采用CaCO3作为发泡剂用熔体发泡法制备泡沫SiCp/ZL104复合材料,用CMT5205电子万能试验机对该材料压缩性能进行测试,并分析泡沫SiCp/ZL104复合材料在外力作用下的破坏机理及SiC颗粒粒径和相对密度对该材料压缩性能的影响规律。研究结果表明:泡沫SiCp/ZL104复合材料受轴向压缩时由于孔壁发生弯曲和横向拉伸而呈脆性逐层破坏或沿斜截面断裂的特征;当SiC颗粒粒径由28μm减小到5μm时,泡沫5%SiCp/ZL104(体积分数)复合材料的屈服应力由5 MPa增至11 MPa;当其相对密度由0.16增至0.32时,对应的屈服应力由5 MPa增至10 MPa。

泡沫金属复合PCM微结构传热储热过程模拟

以石蜡作为相变材料(PCM),采用六面通圆孔三维结构模型,对泡沫金属复合PCM内相变熔化过程进行了数值模拟。研究了不同材料(Cu、Al、Ni、Fe)泡沫金属孔密度和孔隙率对复合PCM传热和储热性能的影响。结果表明,泡沫金属复合PCM传热过程受热传导和自然对流作用综合影响;随孔密度增加,复合PCM完全熔化时间缩短幅度逐渐减小,且泡沫金属热导率越高,孔密度对传热速率影响越大;泡沫金属复合PCM内存在非热平衡现象,孔密度和孔隙率增加均可减小最大平均温差,但对最终平衡时间的影响却截然不同;此外,泡沫金属复合PCM单位质量储热密度随孔隙率增大而增大,相比泡沫Cu、Ni、Fe复合PCM,泡沫Al复合PCM的单位质量储热密度较大,增加速率也较大。

多孔基体-Na_2HPO_4·12H_2O复合材料体系的相变特性

将熔融的相变储能材料Na2HPO4·12H2O浸渗到多孔材料碳海绵、泡沫镍、泡沫铜中,制备出3种多孔基体-Na2HPO4·12H2O复合材料体系.复合相变材料体系在55℃的恒温水浴箱中熔融,然后放置在20℃空气中冷却,并进行多次循环试验.采用温度数据采集仪采集复合相变材料体系的熔融和冷却时的温度变化数据,测得相变材料的相变熔化温度和过冷度;采用扫描电镜观察复合相变材料的结构形貌.实验结果表明:多孔材料对相变材料的熔化温度几乎没有影响,但减小了Na2HPO4·12H2O的过冷度,缩短了相变材料开始相变的时间和加快了熔化过程.

PEG/SiO_2-Ni复合定形相变材料的制备与性能研究

为提高相变储能材料的热导率和稳定性,以聚乙二醇(PEG)、SiO_2和泡沫镍为原料,基于溶胶-凝胶和真空浸渍法制备了一种新型热导率增强的定形复合相变材料PEG/SiO_2-Ni,并对其性能进行表征。结果表明,镍泡沫的引入使复合相变材料的热导率达到0. 57 W/(m·K),与PEG/SiO_2相比,热导率提高了96. 6%,其储热所用时间也相对减少了63. 4%,有效提高了PEG/SiO_2-Ni相变材料强度和储/放热速率。同时,PEG/SiO_2-Ni相变材料还具有良好的定形相变效果、结构稳定性和较高的相变潜热。