相变材料是近年来国内外研究热点,其在作为储能材料时具有温度恒定、相变潜热大、性能稳定等特点,而且储量丰富,因此越来越受到重视。对于能源紧缺的今天,能源的供应和需求在很多情况下存在矛盾。利用热能存储技术来解决这一矛盾,是目前提高能源利用率和保护环境的一个重要途径。针对有机相变材料使用中存在的本质问题,本文提出将有机相变材料与不同性质的支撑材料进行复合的创新方法,克服现有有机相变材料存在液体渗漏、传热率低、相变时体积变化、相变过程过冷和相分离等缺点,从而较好地克服和改变现有相变储能材料的缺点与不足,拓宽相变储能材料的应用范围。第一章介绍了相变储能技术的概况,包括发展背景、原理、特点和研究范围。第二章介绍了用有机相变材料分散嵌插在膨润土层间制得二元有机/膨润土相变储能复合材料;以及有机相变材料和泡沫金属材料的复合。第三章阐述了以有机醇为相变材料、高密度聚乙烯为基体、利用高导热碳纤维强化的定形相变材料的制备过程和热物理性能;以及石墨烯纳米片对聚乙烯醇丁醛的热导进行改进并研究复合材料的热物理和电性能。1.有机复合相变储能材料的制备及性能研究采用浸渍法制备以膨润土为基底的复合相变材料,将脂肪酸共晶物分散到膨润土中。在复合材料中,软脂酸-硬脂酸合成二元共晶,共晶物作为相变储能材料进行热能储存,同时膨润工作为支撑材料。膨胀石墨的添加能够抑制共晶物的泄漏,以及提高二元共晶/膨润土复合材料的热导。差示扫描量热法对复合材料的热性能进行了测量,结果表明:复合材料的熔化温度在54℃左右,潜热范围为89.12-163.72kJ/kg。利用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射仪对其化学结构和晶相进行了测试。扫描电子显微镜观测图像显示有机相变材料均匀地分散到膨润土的表面和内部。热重分析仪测试结果表明,复合相变材料具有良好的热稳定性。膨胀石墨的增加使软脂酸-硬脂酸合成二元共晶渗漏量得到减少,热导测量仪的检测结果显示,液态下,含5%膨胀石墨的复合相变材料的导热系数可达1.51 W/(M.K),固态下,其热导为1.66W/(M.K),比未添加膨胀石墨的二元共晶/膨润土复合材料在同样状态下的热导高将近5.6和4.9倍。另外,膨胀石墨的添加使得复合相变材料的蓄热和放热速率得到明显加快,经过50次加热-冷却循环后,复合相变材料仍然保持了良好的热性能。实验测试表现出优良性能的复合储能材料将在建筑节能中具有应用前景。采用熔融浸渍法制备了肉豆蔻醇/金属泡沫复合相变材料,以肉豆蔻醇为相变材料,以金属泡沫为骨架,并采用泡沫镍和泡沫铜进行对比。此外,还分析了金属孔径对复合材料热性能的影响。复合材料的热性能通过差示扫描量法和热重分析仪进行了测试和分析。与纯肉豆蔻醇相比,复合材料在熔化过程中的潜热降低了 3-29%。TGA测试结果表明,该复合材料具有良好的热稳定性。傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪测定了复合材料的化学结构和晶体结构。扫描电子显微镜对复合材料的微观结构进行了分析。结果表明,泡沫金属对肉豆蔻醇有很好的吸附作用。采用热导仪对复合材料的热导进行了测量,测试结果表明肉豆蔻醇/泡沫金属复合材料导热系数有明显提高。2.聚合物定形复合相变材料的制备及性能研究由十六醇和高密度聚乙烯构成定形相变材料,采用碳纤维改善其导热性能,对有机相变材料十六醇/高密度聚乙烯复合材料的热性能进行了实验研究。以十六醇作为固-液相变材料,高密度聚乙烯作为支撑材料。将十六醇浸渍到高密度聚乙烯中,制备出一种新型的形状稳定的复合材料。此外,通过添加碳纤维增强了十六醇/高密度聚乙烯复合相变材料的导热性能。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪测定了样品的微观结构、晶相和化学结构。实验结果表明,十六醇能很好地浸溃于高密度聚乙烯中。采用差示扫描量热仪分析了复合相变材料的热性能,测试结果表明:复合材料在50℃左右熔化,潜热为149.02-212.42 kJ/kg。热重分析仪的测量结果证实了十六醇/高密度聚乙烯/碳纤维复合相变材料具有较好的热可靠性,碳纤维的添加使十六醇的泄漏量明显减少。热导仪测定了十六醇/高密度聚乙烯/碳纤维复合相变材料在液态和固体状态下的导热系数分别为0.33W/(M.K)和0.47W/(M.K),分别是十六醇/高密度聚乙烯复合相变材料的1.25倍和1.22倍。实验结果表明,制备的复合相变材料在蓄能领域具有广阔的应用前景。以石墨烯为热导增强填料,采用溶液共混法制备了聚乙烯醇丁醛/石墨烯新型复合材料,加入石墨烯纳米片对聚乙烯醇丁醛的热导进行了改进。采用热导仪和热重分析仪分别测试了复合材料的热导和热稳定性。采用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射仪分别对复合材料的化学结构和晶相进行了分析。用扫描电子显微镜测定了样品的微观结构。热导仪的测试结果表明:含30%石墨烯纳米片的复合材料的导热系数达到4.521 W/(M.K),比纯聚乙烯醇丁醛高出近20.55倍。并且,含30%石墨烯纳米板片的复合材料蓄热和冷却速率明显加快,分别比纯聚乙烯醇丁醛提高了 28%和37%。该复合材料可用作电子封装材料,因其具有较好的离子导电性,一般低于10-5S/m。所制备的复合材料有望在太阳能电池封装和电子器件冷却方面具有较好的应用前景。