论文部分内容阅读
相变储能材料在建筑取暖、国防军事、航空航天、太阳能设备、生物医药、电子设备以及智能纺织等领域有着广泛的应用。然而,常用的包括聚乙二醇(PEG)在内的相变材料存在着熔体流动和泄漏的问题,常常会对设备造成污染且难以反复利用。此外,常用的有机类的相变材料的吸光性和导电性极差,因此对于太阳光的吸收和利用以及电的刺激响应性差,导致能源的存储和利用率较低。因此,设计并获得具有高相变焓值和光-/电-热转换能力的固-固型相变材料(SSPCMs)具有一定的理论指导和实际应用价值。本论文主要针对以上科学问题进行开展,通过与纳米粒子复合获得了相变洽值高、热稳定性和循环性优异、光-热和电-热转换性能佳的复合型的聚氨酯(PU)基的SSPCMs(PUSSPCMs)。1.首先通过一步法将PEG键接在六亚甲基二异氰酸酯缩二脲(HDIB)上,得到了一系列的PUSSPCMs,并通过调控原料的配比实现了相变温度及焓值的调控。在此基础上,研究了埃洛石纳米管(HNTs)对于体系的相变性能的影响。结果表明:HNTs不仅可以协同HDIB赋予体系良好的固-固相变性能,还可以作为异相成核剂提高体系的结晶性能,同时大幅度提高了体系的热稳定性。2.利用原位反应,将氧化石墨烯(GO)引入到体系中,并研究了其对于体系的物理性能的影响。均匀分散的GO作为交联剂不仅协同HDIB实现了体系的固-固相变性能,而且大幅度地提升了体系的力学性能。但是由于作为异相成核剂的GO的表面基团影响了PU链段的受限程度,导致出现了结晶温度升高但是相变焓值变化不大(～72 J/g)的现象。3.为实现良好的光-热转换性,将GO直接混入到PU的前驱液中,通过溶剂热法得到了原位还原的氧化石墨烯(RGO)/PUSSPCMs复合材料,并研究了GO的尺寸对于体系的相变性能的影响。研究表明:RGO既可以作为交联剂赋予体系良好的形状稳定性,又可以作为阻隔剂削弱片层两侧的PU分子链间的相互作用。加之RGO的异相成核作用,体系的结晶性能大幅度提高。此外,体系的热稳定性大幅度提升。体系的结晶性能还有一定的GO的尺寸的依赖性。GO的尺寸越小,体系的结晶性能越好,焓值越高。4.为实现电-热转换性,首先构筑了HNTs杂化的石墨烯气凝胶(HNTs-GA),然后利用真空浸渍法得到了HNTs-GA/PUSSPCMs复合材料。HNTs无规地分布在气凝胶的孔壁上,不仅能有效地防止石墨烯片层的堆叠,提高GA的还原程度;还能增强GA的骨架,使得常压干燥成为可能。FT-IR研究表明,将HNTs-GA引入到体系中后,体系的氢键等相互作用被削弱,PEG链段的运动能力增强。加之HNTs的异相成核作用,体系的结晶性能有一定程度地提高。体系具有优异的吸光性和导电性,体系的光-热和电-热转换及存储效率分别可以达到78.4%和66.3%。同时,体系的热稳定性有大幅度提升。5.将分散有ZnO的PU前驱液浸渍到GA中得到了GA/ZnO/PUSSPCMs三元复合体系,这有利于更好地发挥粒子的异相成核性。ZnO具有优异的紫外吸收功能,可协同GA赋予体系更优异的光-热转换性。其中,分散有0.97 wt%的ZnO和1.32 wt%的GA时,体系的相变焓值为108.1 J/g,电-热和光-热转换及存储效率分别为84.4%和80.1%。