硬脂酸甘油酯/泡沫金属复合储热材料改性研究

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随着储能技术的深入发展与研究,复合相变储热材料因具有较好的综合储热性能,在热能储热技术领域受到到广泛的重视。泡沫金属作为微孔骨架材料具有丰富的孔体积,具有较好的定型能力,并能够很大程度提高储热材料的热导率。本文以泡沫铜(镍)为骨架材料,单硬脂酸甘油酯和三硬脂酸甘油酯为相变材料,采用熔融浸渍法制备了泡沫金属/甘油酯相变复合材料,重点研究了材料复合微观机理,以及储热性能,吸附性能,热导率等,解决甘油酯作为相变材料热导率低和易泄露等问题。  通过泡沫金属孔隙率及填充比的计算,以及导热性能理论分析,研究了泡沫铜(镍)孔隙率-热导率-填充比之间的关系。在80℃的真空环境中进行熔融吸附,在吸附时间1.5h后吸附量趋于饱和。在饱和吸附时,孔隙率越大的泡沫金属具有较大填充比,而孔隙率越小,金属骨架所占比例越大,导热系数也越大,其理论导热系数可由甘油酯的0.19 W·m-1·K-1提高至泡沫镍/甘油酯的4-8 W·m-1·K-1和泡沫铜/甘油酯的9-15 W·m-1·K-1。比表面积是衡量微孔材料吸附性能的重要指标,有循环实验确定在经过100次循环后泡沫金属/甘油酯的泄漏量在15%-50%之间。  利用超声剥离制备纳米石墨片(GnPs),对泡沫金属表面进行改性实验,制备纳米石墨片改性的甘油酯泡沫金属储热材料。通过差示扫描热分析、表面形貌特征分析、XRD分析、热导率测试以及热循环实验等手段,研究了材料的微观结构及储热性能,讨论了纳米石墨片改性对材料热导率增强机理,以及其吸附性能的提高。在 SEM中观察到泡沫金属骨架表面形成的纳米级褶皱结构,这类结构在孔道中交联成网络,热量传输效率增加,从而提高热导率,由激光闪光法测定其热导率由11.1-13.6 W·m-1·K-1提高至13.7-16.4 W·m-1·K-1,提高率达到10%-20%。DSC测试表明制得的GMS/泡沫金属复合材料相变温度区间为54.0-61.3℃,相变温度为60.0℃,相变潜热54.1-85.4 J/g,在添加 GnPs后相变潜热有所下降。  选用1,3:2,4-二(3,4-二甲基卞叉)-D山梨醇(DMDBS)做为凝胶因子,以甘油酯为相变材料制备,制备凝胶态复合材料,再以泡沫金属为骨架,得到泡沫金属/甘油酯凝胶材料。采用 SEM、XRD、DSC、UV和 FI-IR等分析方法以及导热性能测试,研究了凝胶材料的储热性能及微观定型机制。当甘油酯中添加3wt%DMDBS时,凝胶态复合相变材料的凝胶-溶胶转变温度为159℃,泄漏量仅为6%,其中 GTS/3%DMDBS复合相变材料的熔化焓和凝固焓分别为126.4和105J·g-1。通过紫外吸收光谱和红外吸收光谱研究了 DMDBS在 GT中自组装形成三维网络结构的驱动力为π-π键的堆积和氢键作用。
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