含铜纳米线的聚苯胺基定形相变材料的制备及性能研究

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相变储能材料是一种潜热储能材料,其能够在一定温度范围内,利用自身相态或结构的变化,向环境吸收或释放热量,达到热能存储及温度调控的目的,从而解决能量供求在时间或空间分配上不匹配的矛盾。近年来定形相变材料成为相变储能材料研究的热点,而导热性能差是其应用研究中需要解决的重要问题之一。纳米材料具有独特的物理化学性质,主要包括尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,尤其是金属纳米材料还具有超高热导率,因此本文主要致力于将铜纳米线应用于增强有机定形相变材料的导热性能研究。本文的主要研究内容包括以下三部分:1.聚苯胺基定形相变材料的制备及聚苯胺对相变材料最大包覆性能的研究。以十六酸为相变材料,在含有十六酸微乳液体系中引发苯胺聚合反应,利用聚合反应得到的聚苯胺将十六酸包覆得到定形相变材料。并以一组十六酸含量不同的复合相变材料作为研究对象,研究聚苯胺对十六酸的最大包覆能力。研究结果表明,聚苯胺对十六酸的最大包覆量为80 wt%,在不超过最大包覆量的条件下,制得的复合相变材料具有较好的定形性能、储热性能及热稳定性。2.在两种不同的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠与十六烷基三甲基溴化铵)的作用下,通过乳液聚合法制备得到十六酸/聚苯胺复合相变材料,并利用铜纳米线作为导热增强材料来提高该复合相变材料的导热性能。对制得的复合相变材料的结构形貌、储热性能及导热性能进行表征。研究结果表明使用两种不同的表面活性剂,均能制备得到具有良好定形性能的复合相变材料;而且只有在复合相变材料的制备过程中将乙醇除去,铜纳米线才能在十六酸的保护下,不被过硫酸铵破坏和氧化,以单质铜的形态存在于复合相变材料中;根据导热系数测试结果可知,铜纳米线的掺杂较明显地改善了复合相变材料的导热性能,当铜纳米线的含量为10 wt%时,十六酸/聚苯胺复合相变材料的导热系数达到0.45 W n-1K-1,比纯十六酸的导热系数约增大0.15 Wm-1 Kq。3.以十四醇作为相变材料、聚苯胺为支撑材料,制备得到十四醇/聚苯胺复合相变材料,并利用铜纳米线来改善其导热性能。当以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂时,未能成功制备得到最终产品。以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂制备得到的复合相变材料中,铜纳米线的含量越高,其定形性能越好。当掺杂4wt%铜纳米线后,十四醇/聚苯胺复合相变材料的导热系数提高到0.507 W m-1 K-1,表明少量的铜纳米线即能较好地改善复合相变材料的导热性能。
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