中空纤维型复合相变储能材料的制备及导热机理研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:du_one
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中空纤维型相变储能材料具有双储存通道、储存密度大、可编织性强等特点,在储能与热管理方面有着较好的发展前景,但易泄露和导热系数低的缺点限制了其应用范围,相变材料在相转变过程中形态不稳定可能会引起泄漏问题,而低导热系数严重阻碍了能量“充放”的速率;为了有效解决这两个难题,本文采用聚偏氟乙烯中空纤维膜(PVDF HFM)为载体,石蜡为储能介质,通过对PVDF HFM内、外表面的孔结构进行定向调控有效地防止了石蜡的泄漏;运用两种途径对相变储能材料的导热系数进行强化,首先改善载体(PVDF HFM)的导热系数,揭示不同种类还原氧化石墨烯(RGO)导热填料在PVDF HFM中的增强传热机制;其次改善储能介质的导热系数,构建多壁碳纳米管(MWCNTs)在石蜡基体中的传热网络。通过对载体材料与储能介质导热系数进行“双增强”的研究突破了单一模式强化导热系数的瓶颈。将PVDF HFM作为载体封装石蜡的技术是一个较新且具有潜力的研究方向,该技术既丰富了相变材料的载体选择,又可为后续相变储能材料的设计提供新的思路。论文主要的研究内容如下:(1)针对泄漏的问题,通过对PVDF HFM微结构的调控,研究聚合物的含量、致孔剂的含量、凝固浴的温度等因素对膜结构与性能的影响规律,制备具有“内大外小”孔结构且性能优异的载体膜材料,内表面的大孔有利于石蜡浸入膜壁,外表面的小孔(致密结构)可以防止石蜡的泄漏;通过优化铸膜液的配方参数与制备工艺,最终确定的铸膜液配方为PVDF(17%)、PVP(5%)、Tween-80(5%)、DMAc(73%),凝固浴为水(10℃),该体系所制备的膜平均孔径约为440nm、孔隙率保持在80%、拉伸强度超过6MPa、断裂伸长率超过了135%,导热系数约为0.05W/m·K,PVDF HFM的高孔隙率(严重的空气热阻)影响了热流传递,原膜的导热系数处于较低水平。(2)针对载体材料导热系数低的问题,高导热系数纳米颗粒掺杂的方式为原膜导热系数的改善提供有效途径,通过在PVDF HFM中掺杂高导热系数的RGO,研究了RGO对原膜导热系数的影响机制。对于相同的RGO含量体系,利用中片径RGO在PVDF基体中能够相互搭接的优势,相同的热传导路程内存在更少的“基体-填料”界面,热传递效率较高。对于相同的RGO片径体系,高含量的RGO以数量的优势突破了PVDF基体的包裹,热振动(声子)在传导过程中损耗更少的热振动能。对于RGO/MWCNTs复配体系,MWCNTs浓度上升引起的团聚现象催生了更多的缺陷,而单独掺杂的RGO在PVDF基体中分散较好,导热网络更为完善。不同种类RGO在未破坏PVDF HFM的“内大外小”孔结构的同时提升原膜的导热系数,RGO片径为1-3μm、含量为0.5%、纯RGO体系对原膜的导热系数贡献更大,导热率达到0.17W/m·K,较原膜提升了3.5倍,RGO在PVDF内部起到晶体之间的搭桥作用。(3)针对储能介质导热系数低的问题,通过在石蜡中掺杂MWCNTs,模拟MWCNTs在石蜡中的热流传递方式;对于相同的MWCNTs含量体系,中等长度的MWCNTs突破了有限尺寸效应的束缚,颗粒单元之间存在共同的接触点传递热流。对于相同的MWCNTs长度体系,中等含量MWCNTs在石蜡基体中既无明显的团聚现象,又能在纤维的轴向末端接触到新的传热载体。MWCNTs长度为30-50μm、含量为5%时对石蜡的传热贡献更显著,此时构建的导热网络与通路较为完善,在提升热传递效率的同时降低了界面热阻。(4)采用优化后的RGO导热膜封装MWCNTs导热石蜡,体系运用“接力传递”的方式构建了高效、高速的三维立体导热网络,尽管PVDF基体与石蜡基体之间存在比较明显的界面热阻,但热流在两种导热填料的助力下,界面热阻产生的影响被进一步限制,通过导热膜封装导热石蜡方式制备的复合相变储能材料导热系数达到了峰值(0.65 W/m·K),较原膜导热性能提升了13倍,传热增强效果显著,赋予了体系优异的导热性能。
其他文献
目的:通过收集整理基于“阴火”理论指导治疗疾病的现代医学文献,归纳阴火所致疾病,分析临床治疗阴火所致疾病的常用中药、药对配伍、常用处方配伍规律等,提炼狭义“阴火论”论治疾病用药经验、临证思维,由此分析从“阴火”论治脾虚夹热型消渴的机制,丰富和完善中医论治消渴病的理论。方法:通过收集2009年6月至2019年10月收集整理中国国家知识基础设施(CNKI)、中国生物医学文献服务系统(CBM)、维普信息
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