十八醇/Al2O3(SiC)/膨胀石墨复合相变储热材料研究

作     者：龚生琴 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程晓敏

授予年度：2020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：十八醇 复合相变材料 导热增强相 储热性能 

摘      要：十八醇(OD)相变材料具有过冷度小、相变潜热大、化学稳定性好、成本低、无毒性、耐腐蚀等诸多优点,在热能储存系统中具有广阔的应用前景。十八醇的缺点是导热系数低、传热速度慢、蓄放热效率低,从而影响了其在实际中的应用。本文通过引入高热导相泡沫AlO/膨胀石墨(EG)和SiC/EG,与十八醇复合,制备出具有较好传热储热性能的复合储热材料,研究高热导相对十八醇有机相变储热材料热物理性能的影响,探索十八醇复合相变储热材料成分-结构-性能之间的关系,为新型高性能储热材料的研究和应用提供参考。通过高温煅烧氧化铝水溶胶制得AlO陶瓷泡沫,煅烧氧化铝水溶胶与EG的混合物将二者复合,得到具有多孔结构的AlO/EG导热增强相。AlO/EG与EG相比,孔隙率和比表面积显著增加,有利于提高对有机相变材料的吸附和复合相变材料的传热效率。通过熔融共混和真空吸附法,将OD吸附并封装于AlO/EG中,制备出具有高导热率和高储能密度的OD/AlO/EG复合相变材料。SEM和EDS结果表明,AlO泡沫颗粒均匀地分散在EG表面,未出现明显团聚现象。XRD和FTIR结果表明,OD、AlO和EG之间仅为物理结合未发生化学反应。引入导热增强相AlO/EG后,复合储热材料的熔融温度、凝固温度以及固-固相变温度略有降低,储热能力未出现明显下降。TG测试结果表明OD/AlO和OD/AlO/EG的高温热稳定性略优于OD,多孔结构的引入可增强复合相变材料的热稳定性。当复合质量分数均为5wt%时,OD/AlO/EG复合相变材料的热导率相比OD/AlO和OD/EG提高的幅度更大,表明AlO/EG复合物比单纯的AlO或EG导热增强效果更好。含有10wt%的AlO/EG的改性OD的热导率为1.876 W·m·K,是纯OD的4.5倍。通过超声分散和煅烧法将纳米SiC均匀分散于EG的表面制得SiC/EG高热导增强相。将十八醇有机相变材料分别与纳米SiC、EG和SiC/EG复合,制得一系列形状稳定的十八醇复合相变材料。XRD和FTIR结果表明高热导增强相与十八醇之间相容性良好,在复合过程中没有化学反应,只有物理结合。SEM结果表明,SiC在EG表面分布均匀,无明显团聚现象。热导率测试结果表明,在上述三种导热增强相中,SiC/EG对十八醇有机相变材料热导率的增强效果最好,SiC/EG可替代EG作为一种新型的优良导热增强材料。复合9wt%SiC/EG的OD/SiC/EG相变材料的热导率为1.674 W·m·K,是纯OD的4倍以上。OD/AlO/EG和OD/SiC/EG复合材料具有足够的热稳定性,合适的相变温度(56°C左右),较高的相变焓(大于200J/g)以及高热导率,能够满足低温热能储存系统的需求。