纳米材料掺杂SiO2/PEG复合相变材料的结构与性能研究
相变材料是一种新型高效储能材料，随着人们对环保节能需求的增加成为能源材料开发的研究热点。有机相变材料因具有灵敏的可逆性、较高的相变潜热、稳定的物化性质和低廉的价格成为最具潜力的相变储能材料。聚乙二醇（PEG），是一种廉价的有机相变材料，相变温度56～63℃，相变潜热高达179.7J/g，但存在固液相变时易泄漏、传热性差等缺点，严重限制了其应用。因此，改善PEG的性能缺陷成为国内外研究的重点。 本论文设计合成了三种导热增强型复合相变材料：以SiO2为无机骨架实现定型，以PEG为有机相变组分实现能量储放，通过原位掺杂纳米材料Ag、ZnO和CeO2作为导热增强相，分别制备了相变潜热较高、传热性能更好的Ag-SiO2/PEG、ZnO-SiO2/PEG和CeO2-SiO2/PEG复合相变材料；并通过XRD、FTIR、同步热分析仪和热导率测试仪等对复合材料的结构与性能进行了深入研究。主要内容如下： 一.采用原位聚合法和溶胶凝胶法制备了纳米Ag-SiO2/PEG导热增强型复合相变材料，并对其结构与性能进行了研究。研究结果表明：Ag-SiO2/PEG复合材料具有良好的定型效果，SiO2改善了PEG相变过程中泄漏的问题；Ag和SiO2的无机网络结构降低了PEG的结晶性能。掺杂纳米Ag对相变潜热影响不大，但随着掺杂含量的增大，复合材料热导率却大幅升高。当Ag掺杂质量比为6％时，相变潜热为121.24J/g；导热系数高达0.4315W/m·k，比PEG提高46.37%，比SiO2/PEG提高40.14%。不同Ag掺杂含量的复合材料在330℃以下均具有良好的热稳定性。 二.以钛酸丁酯预处理后的纳米氧化锌为掺杂相，在醇水混合溶剂中与PEG、SiO2通过超声法和溶胶凝胶法制备了ZnO-SiO2/PEG导热增强型复合相变材料。研究结果表明：采用钛酸丁酯对ZnO进行物理表面改性，可有效提高ZnO在溶剂中的分散性与稳定性；ZnO与SiO2的掺杂降低了PEG的结晶性能。随着ZnO掺杂含量的增加，相变潜热有所下降，复合相变材料的热导率却明显提高。当ZnO掺杂质量比为6%时，相变潜热为123.36J/g；材料热导率为0.3306W/m·k，比SiO2/PEG增强了7.24%，比PEG增强12.01%。不同ZnO含量的ZnO-SiO2/PEG复合材料在330℃以下均具有良好的热稳定性。 三.以六偏磷酸钠预处理后的纳米氧化铈为掺杂相，与PEG、SiO2通过超声法和溶胶凝胶法制备了CeO2-SiO2/PEG导热增强型复合相变材料。研究结果表明：采用六偏磷酸钠对CeO2进行物理表面改性，可有效提高CeO2在溶剂中的稳定性；CeO2与SiO2的掺杂降低了PEG的结晶性能。随着CeO2掺杂含量的增加，复合相变材料的相变潜热有所下降，热导率则显著提高。CeO2掺杂质量比为6%时，相变潜热为119.24J/g；材料热导率为0.3357W/m·k，比SiO2/PEG增强了9.03%，比PEG增强13.88%。不同CeO2含量的CeO2-SiO2/PEG复合材料在330℃以下均具有良好的热稳定性。
纳米相变材料;导热增强型复合材料;二氧化硅;聚乙二醇;相变储能;热稳定性
暨南大学
硕士
物理电子学
李玲
2016
中文
TB346;TB333
56
2017-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）