稀土氧化物掺杂己二酸相变储热材料的热性能研究

作     者：郑芬 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周卫兵

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：己二酸 稀土氧化物 相变材料 热稳定性 

摘      要：己二酸作为一种中温领域用相变储热材料,具有相变潜热大、过冷度小等优点,但同时也存在长期使用后易老化、热性能易衰减等缺点。对己二酸进行改性以提高其热物性能对拓展有机相变材料的应用有着重要意义。其中稀土可显著改善材料的综合性能,已广泛应用于有机材料领域,而且我国稀土资源丰富,稀土作为改性剂有很好的发展前景。为此,本研究围绕己二酸改性,拟选择稀土氧化物作为改性剂,采用熔融和机械混合工艺,获得稀土掺杂己二酸相变储热材料;在对材料物相结构、微观结构等进行细致表征的基础上,探讨不同稀土氧化物掺杂对主体材料结构的影响;同时对多次热循环后材料的热性能进行表征,探究不同稀土氧化物对己二酸相变材料热性能的影响规律;进而对于能有效改善热性能的稀土氧化物,进一步研究其掺量对材料热性能及多次循环后热性能影响,为进行己二酸或其他相变材料的改性研究提供理论基础。以己二酸为主体相变材料,选用三种稀土氧化物(氧化铒、氧化镨、氧化镝)掺杂,制备相变储热材料。通过XRD、FT-IR、DSC等相关测试表征,稀土氧化物与己二酸之间以物理方式结合,且保持各自的特性,相容性较好。经过多次热循环后,稀土氧化物与己二酸之间没有发生化学反应,各材料依然保持完整的晶体结构,己二酸作为相变材料的储热特性没有产生改变。三种稀土氧化物作为改性剂,都可使己二酸在短期使用范围内保持一定的热性能。而经过1000次热循环后氧化铒、氧化镨的加入反而降低了己二酸的热稳定性,只有氧化镝的掺杂使己二酸仍具有良好的热稳定性。选取不同掺量的氧化镝,制备一系列己二酸相变储热材料。其中氧化镝最佳掺量为0.5wt%时,熔化焓和凝固焓最高,分别达259.6J/g、250.4J/g,熔化和凝固的相变温度分别为151.2℃、146.7℃。多次热循环过程中,材料的相变温度变化无规律,氧化镝掺量超过1wt%,材料的熔化焓和凝固焓衰减幅度较大。而氧化镝掺量为0.5wt%时,材料潜热衰减幅度最小,1000次热循环后其熔化焓和凝固焓分别衰减了11.8%、8.8%,而纯己二酸熔化焓和凝固焓则衰减了16.1%、13.7%。说明0.5wt%氧化镝的添加可以有效提高己二酸相变材料的热稳定性,主体材料微观形态结构完整,物相结构几乎没有变化,材料中各元素的化学环境保持稳定。