高分子支撑导热定型复合相变材料的制备及光热转换研究

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有机固-液相变储能材料因其具有适宜的相转变温度和较高的热能储存密度在太阳能光热利用中备受关注。但是相变材料易于泄露、自身导热系数较低和能量转换功能较差是在太阳能应用中需要解决的首要问题。基于此,本研究设计了具有高太阳能吸收、高热导率、高光热转换效率的高分子支撑定型复合相变储能材料,探究碳材料及高分子材料支撑基体对复合相变材料导热性能、储能效果及光热转换能力的影响,并对复合材料微观形貌、化学组成、封装能力等方面进行测试。本研究成果如下:首先,选用固化不饱和聚酯树脂作为支撑材料,以聚乙二醇为有机相变储能材料,添加膨胀石墨作为导热增强材料,制备了不饱和聚酯树脂/膨胀石墨/聚乙二醇定型复合相变材料。探究各组分含量对定型相变材料性能的影响。由于聚乙二醇,固化的树脂和膨胀石墨之间的相互作用,该定型相变复合材料具有增强的热稳定性。当样品中聚乙二醇与不饱和聚酯树脂比值控制为4:1,掺杂了7 wt%膨胀石墨的复合材料的导热系数相比于纯的聚乙二醇提升了1150%,相变焓达到了97.37 J/g,光热转换效率最大达93.3%。其次,通过真空浸渍工艺法设计以三聚氰胺海绵为支撑材料,石蜡为有机相变成分,还原氧化石墨烯和碳化锆为太阳吸收和导热添加剂,制备了还原氧化石墨烯改性三聚氰胺海绵/碳化锆/石蜡定型复合相变材料。还原氧化石墨烯改性的三聚氰胺海绵的丰富的网络骨架结构提供了巨大的表面张力和毛细作用力来支撑石蜡,从而确保了相变的前后保持形状的稳定性,碳化锆含量不同的定型复合相变储能材料具有良好的光富集性能,卓越的储热能力和适宜的传热性能。当掺入0.01 wt%的碳化锆时,相变潜热焓达到137J/g,复合相变储能材料的最大导热率比纯石蜡高121%,光热转化效率高达81%。最后,以弹性烯烃嵌段共聚物为支撑材料,石墨烯纳米片为导热增强材料,经高温热压成型法与有机相变成分棕榈酸复合,制备了弹性烯烃嵌段共聚物/石墨烯纳米片/棕榈酸定型复合相变材料。棕榈酸填充在弹性烯烃嵌段共聚物的软块里,棕榈酸与弹性体比值为4:1,在保证优良的形状稳定性的同时熔化相变潜热焓值达到了145.52 J/g以上。以弹性体烯烃嵌段共聚物为支撑体的复合材料在高温状态下具有优异的热诱导弹性性能和韧性,当添加4 wt%的墨烯纳米片,复合相变材料的热导率与纯棕榈酸相比提升了155%,光热转化效率为86.21%。
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