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高性能三水醋酸钠-尿素-膨胀石墨混合相变材料的制备及其在电地暖中的应用性能

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化工学报 2020年第6期71卷 2713-2723页

作者：黄睿方晓明凌子夜张正国华南理工大学化学与化工学院广东广州510640 华南理工大学高效热储存与应用广东省工程研究中心广东广州510640

采用尿素调节三水醋酸钠的相变温度到合适范围再添加膨胀石墨来降低过冷度,研制了高性能的三水醋酸钠-尿素-膨胀石墨混合相变材料,并对其在电地暖中的应用性能进行了研究。结果表明,当尿素质量分数为36.5%、膨胀石墨添加量为4%(质量)时... 详细信息

采用尿素调节三水醋酸钠的相变温度到合适范围再添加膨胀石墨来降低过冷度,研制了高性能的三水醋酸钠-尿素-膨胀石墨混合相变材料,并对其在电地暖中的应用性能进行了研究。结果表明,当尿素质量分数为36.5%、膨胀石墨添加量为4%(质量)时,所得混合相变材料的熔化焓高达209.1 J/g,熔点在31.98℃,过冷度仅为2.04℃,热导率为2.349 W/(m·K),热可靠性良好;将用该混合相变材料制成的相变板安装在实验房的电地暖中时,实验房的热舒适度随着相变材料层厚度的增加而增加,但也带来加热时间和用电量的增加;当相变材料层厚度为10 mm时,电加热温度适宜设置在45℃;在热舒适度相当的条件下,有相变板的实验房与无相变板的参比房相比具有用电量小及电费低的优势。

关键词：潜热储热相变材料三水醋酸钠电加热地板采暖水合物复合材料再生能源

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七水硫酸镁化学储热材料与应用研究进展

化工进展 2022年第4期41卷 1956-1969页

作者：付涵勋兰宇昊凌子夜张正国华南理工大学化学与化工学院广东广州510641 华南理工大学高效热储存与应用广东省工程研究中心广东广州510641

七水硫酸镁是一种具有高储热密度(2.8GJ/m^(3))、低工作温度(<150℃)的无机盐水合物化学储热材料。开发基于七水硫酸镁的高效热化学储热材料和储热系统,有望在太阳能热利用、工业余热回收、季节性储能、建筑供热等领域取得良好的节能减... 详细信息

七水硫酸镁是一种具有高储热密度(2.8GJ/m^(3))、低工作温度(<150℃)的无机盐水合物化学储热材料。开发基于七水硫酸镁的高效热化学储热材料和储热系统,有望在太阳能热利用、工业余热回收、季节性储能、建筑供热等领域取得良好的节能减排应用效果。本文对七水硫酸镁的储热原理、基本物性进行了详细介绍。针对七水硫酸镁在实际应用过程中存在传质阻力大、使用寿命受限、传热性能不足等缺点,文章综述了通过沸石、高分子泡沫、碳材料等改性制备硫酸镁高性能复合材料及储热器的相关研究,并对此材料的未来发展趋势作出评价。

关键词：化学储热材料七水硫酸镁复合材料水合物沸石

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相变储热的传热强化技术研究进展

化工进展 2021年第9期40卷 5166-5179页

作者：林文珠凌子夜方晓明张正国华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室广东广州510640 广东省热能高效储存与利用工程技术研究中心广东广州510640

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面:一是相变材料本身的导热强化... 详细信息

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面:一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。

关键词：相变材料储热技术传热强化储热器潜热流体

含石蜡@二氧化硅纳米胶囊和碳纤维的相变热界面材料及其散热性能

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化工学报 2023年第4期74卷 1795-1804页

作者：尹驰张正国凌子夜方晓明华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室广东广州510640 广东省热能高效储存与利用工程技术研究中心广东广州510640 华南理工大学珠海现代产业创新研究院广东珠海519175

含有相变材料的热界面材料(即相变热界面材料)可借助相变材料的吸热来直接缓解高热通量对芯片造成的冲击。将相变胶囊与导热填料复配引入聚合物基料有望获得可靠性好的相变热界面材料。将石蜡@二氧化硅纳米胶囊与碳纤维复配,制备了一系... 详细信息

含有相变材料的热界面材料(即相变热界面材料)可借助相变材料的吸热来直接缓解高热通量对芯片造成的冲击。将相变胶囊与导热填料复配引入聚合物基料有望获得可靠性好的相变热界面材料。将石蜡@二氧化硅纳米胶囊与碳纤维复配,制备了一系列含不同质量分数碳纤维和纳米相变胶囊的聚二甲基硅氧烷基相变热界面材料样品,测定了它们的相变特性、热导率和硬度,并将它们分别用于模拟芯片散热来评价其应用性能。结果表明,碳纤维含量的增大致使相变热界面材料样品的热导率和硬度上升,而纳米相变胶囊含量的上升带来相变热界面材料的熔化焓上升及硬度下降,从而都对相变热界面材料的散热性能产生影响。石蜡@二氧化硅纳米胶囊和碳纤维的协同作用致使在所有制备的样品中纳米胶囊含量34%(质量)和碳纤维含量9%(质量)的相变热界面材料取得了最佳散热性能。此外,该相变热界面材料还具有优异的热可靠性,因而具备应用前景。

关键词：相变热界面材料纳米胶囊碳纤维聚二甲基硅氧烷芯片散热

新型六水氯化镁-六水硝酸镁/石墨相氮化碳复合相变材料的制备及其热性能研究

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化工学报 2021年第12期72卷 6399-6406页

作者：张文波凌子夜方晓明张正国华南理工大学化学与化工学院广东广州510641 华南理工大学高效热储存与应用广东省工程研究中心广东广州510641

我国青海盐湖镁资源的利用率低,带来严重的资源浪费和环境污染,若将镁盐开发为相变储热材料,则可扩大其应用领域,从而促进镁盐资源的充分利用。针对中低温保温隔热的应用需求,在前期工作基础上,选用MgCl_(2)·6H_(2)O-Mg(NO_(3))_(2)·6... 详细信息

我国青海盐湖镁资源的利用率低,带来严重的资源浪费和环境污染,若将镁盐开发为相变储热材料,则可扩大其应用领域,从而促进镁盐资源的充分利用。针对中低温保温隔热的应用需求,在前期工作基础上,选用MgCl_(2)·6H_(2)O-Mg(NO_(3))_(2)·6H_(2)O(MCH-MNH)质量比为41∶59的共晶盐作为相变材料,为降低其过冷度并提高隔热性能,选用多孔介质石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4),CN)作为支撑材料,制备低热导率的MCH-MNH/CN复合相变材料。先将尿素在550℃高温下煅烧得到多孔的CN,再采用吸附法制备出MCH-MNH/CN复合相变材料,并对复合相变材料的形貌、结构与热性能进行了表征和测量。结果表明,共晶盐相变材料均匀地吸附在CN的微孔结构内,其与CN的复合是一个物理过程,没有发生化学反应;复合相变材料的相变温度为55.2℃,相变焓值为92.7 J/g,几乎没有过冷度,其热导率为0.3 W/(m·K),仅是共晶盐MCH-MNH的一半,提高了隔热性能。此外,复合相变材料还具有良好的热稳定性,在中低温保温隔热领域具有应用前景。

关键词：储热六水氯化镁六水硝酸镁石墨相氮化碳复合相变材料热稳定性

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基于相变储热技术的电池热管理系统研究进展

化工进展 2022年第3期41卷 1594-1607页

作者：罗明昀凌子夜方晓明张正国华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室广东广州510640 广东省热能高效储存与利用工程技术研究中心广东广州510640

动力电池的最佳工作温度范围为20~50℃,因此热管理系统是其运行过程中不可分割的一部分。相变储热材料在发生相变时可以吸收或释放大量的热量并且温度基本保持不变,在电池热管理中得到广泛应用。本文综述了国内外基于相变储热技术的电... 详细信息

动力电池的最佳工作温度范围为20~50℃,因此热管理系统是其运行过程中不可分割的一部分。相变储热材料在发生相变时可以吸收或释放大量的热量并且温度基本保持不变,在电池热管理中得到广泛应用。本文综述了国内外基于相变储热技术的电池热管理系统的研究进展,主要介绍了基于相变材料的被动式热管理系统、主动式热管理系统以及主动式和被动相结合的耦合式热管理系统。综合来看,复合相变材料形状稳定性好、热导率高,可以有效地降低电池组的温度,提高电池组的温度均匀性。导电复合相变材料的电热转换特性还可用于低温下快速加热电池,实现加热-冷却一体化。然而在相变材料被动式热管理系统中,相变材料吸收的热量无法及时释放出去,热量的堆积会造成系统失效。将主动散热技术与相变材料耦合得到的耦合式热管理系统具有更好的控温性能、稳定性和安全性。此外,相变乳液以及相变微胶囊浆液具有比热容大、可相变等优点,替代水作为电池热管理系统的冷却介质可以获得更好的温度均匀性和更低的功耗。但相变乳液本身的稳定性差、过冷度大等问题亟需解决。总之,电池在高温和低温下都需要进行有效地温控,相变材料如何解决电池全温度段的热管理还值得进一步研究。

关键词：复合相变材料动力电池热管理系统微通道冷却相变乳液

相变热界面材料导热增强及定形改善的研究进展

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化工进展 2022年第9期41卷 4907-4917页

作者：蔡楚玥方晓明凌子夜张正国华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室广东广州510640 广东省热能高效储存与利用工程技术研究中心广东广州510640 华南理工大学珠海现代产业创新研究院广东珠海519175

将相变时伴随潜热的相变材料(phase change material,PCM)特别是潜热值较大的固-液PCM引入热界面材料(TIM)领域,有望获得兼具储热和导热双功能的新型热界面材料——相变热界面材料(phase change thermal interface material,PCTIM)。然... 详细信息

将相变时伴随潜热的相变材料(phase change material,PCM)特别是潜热值较大的固-液PCM引入热界面材料(TIM)领域,有望获得兼具储热和导热双功能的新型热界面材料——相变热界面材料(phase change thermal interface material,PCTIM)。然而,鉴于固-液相变材料的热导率普遍较低且存在液相流动泄漏问题,使得增强热传导并同时提升固-液相变材料的定形性成为研制高性能相变热界面材料(PCTIM)的关键。本文系统评述了国内外研究者在提升相变热界面材料热导率以及改善其定形性方面的策略及其研究进展。文中指出,目前强化PCTIM导热的手段主要有添加高导热填料、促使填料有序结构化以及使用低熔点金属等。在改善定形性方面,已运用的策略主要包括使用柔性载体负载固-液PCM以在保证一定柔性的基础上克服其液相泄漏问题,使用固-固PCM来取代固-液PCM来彻底避免液相泄漏问题的出现,以及将固-液PCM封装在微米级或纳米级胶囊内,旨在牺牲借助液相PCM增加柔性的功能,而且通过提高PCTIM的潜热值来提升其抗热流冲击性能。文章指出,当前已研制的PCTIM热导率还较低,储热和导热这两个特性对其散热性能的协同影响机制缺乏深入了解。今后,需要探索研制高性能PCTIM的新策略,以期获得定形性好、热导率高、界面热阻小且潜热值大的PCTIM,从而满足5G通信等高热流密度芯片的散热需求。

关键词：电子材料界面复合材料热传导相变焓纳米材料

CNTs阵列增强石蜡/硅橡胶复合相变垫片的散热性能研究

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化工学报 2022年第7期73卷 2874-2884页

作者：蔡楚玥方晓明张正国凌子夜华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室广东广州510640 广东省热能高效储存与利用工程技术研究中心广东广州510640 华南理工大学珠海现代产业创新研究院广东珠海519175

电子技术的高速发展对散热技术提出了更高的要求,热界面材料作为散热技术的关键材料之一,面临着提高热导率以及减小传热热阻的挑战。将垂直碳纳米管阵列(VACNTs)和固-液相变材料石蜡(PA)与硅橡胶(SR)复合,研制了一种新型VACNTs/PA/SR复... 详细信息

电子技术的高速发展对散热技术提出了更高的要求,热界面材料作为散热技术的关键材料之一,面临着提高热导率以及减小传热热阻的挑战。将垂直碳纳米管阵列(VACNTs)和固-液相变材料石蜡(PA)与硅橡胶(SR)复合,研制了一种新型VACNTs/PA/SR复合相变垫片。研究表明,通过磁场校准方法可以使表面改性的镀镍多壁CNTs在SR中实现垂直定向排列,所得VACNTs/SR垫片较CNTs随机排列的垫片具有更高的热导率,并确定VACNTs/SR垫片中CNTs的适宜含量为6%(质量),对应垫片的热导率可达0.71 W/(m·K)。对于固定CNTs含量为6%(质量)但PA含量不同的一系列VACNTs/PA/SR相变垫片,PA的添加量不大于12.5%(质量)时,相变垫片克服了液态PA的泄漏问题;相变垫片在PA发生固-液相变后表现出硬度显著下降,热阻减少可达55.14%,并具备优异的热可靠性。将最佳VACNTs/SR垫片样品及最佳VACNTs/PA/SR相变垫片样品进行散热性能对比发现,与使用VACNTs/SR垫片的情况相比,使用VACNTs/PA/SR相变垫片时的模拟芯片不仅在温度上升阶段的升温速率更小,而且当芯片温度达到平衡后对应的平衡温度也更低,降低了3.5℃,显示出更好的散热性能。VACNTs/PA/SR相变垫片优良的特性和散热性能使其在电子设备散热领域具有良好的应用前景。

关键词：碳纳米管相变热阻热界面材料传热电子材料

RT28/气相二氧化硅复合相变材料的制备及对锂离子电池的保温性能研究

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高校化学工程学报 2016年第5期30卷 1178-1183页

作者：温小燕凌子夜方晓明张正国华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室广东广州510640

利用气相二氧化硅吸附液态RT28,制备了RT28质量分数分别为60%、70%、80%的复合相变材料。液漏测试发现60%(wt)和70%(wt)含量的复合相变材料具有定型特性;采用扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)表征复合相变材料的微观结构和组... 详细信息

利用气相二氧化硅吸附液态RT28,制备了RT28质量分数分别为60%、70%、80%的复合相变材料。液漏测试发现60%(wt)和70%(wt)含量的复合相变材料具有定型特性;采用扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)表征复合相变材料的微观结构和组份,利用Hot Disk热常数分析仪、差示扫描量热仪(DSC)测量其热物性。结果显示,复合相变材料为50~100 nm的团聚颗粒,气相二氧化硅与RT28复合仅为物理吸附;复合相变材料的热导率、相变焓和比热容均随着RT28含量的减少而降低。选用70%(wt)RT28的复合相变材料作为实验对象,其相变焓为155.4J×g^(-1),比热容为1.62 J×g^(-1)×℃^(-1),热导率为0.17 W×(m×K)^(-1),采用低温自然冷却的方法对锂离子电池的保温性能进行了测试,结果表明,包裹复合相变材料的锂离子电池的保温时间比没有相变材料的锂离子电池提高了160%,且其温度较稳定,受环境温度影响较少。

关键词： RT28 气相二氧化硅锂离子电池保温