【摘 要】
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随着化石燃料消耗的快速增长和能源需求的持续增长,提高能源效率和开发新的可再生能源至关重要。相变材料(PCMs)作为一种热能存储材料,被认为是减少对化石能源过度依赖的极佳选择。但是,作为最常用的PCMs类型,有机固液PCMs倾向于扩散到表面并在相变过程中产生泄漏等问题。PCMs封装到壳体材料中进行微胶囊化形成相变微胶囊(Microencapsulated phase change materials
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随着化石燃料消耗的快速增长和能源需求的持续增长,提高能源效率和开发新的可再生能源至关重要。相变材料(PCMs)作为一种热能存储材料,被认为是减少对化石能源过度依赖的极佳选择。但是,作为最常用的PCMs类型,有机固液PCMs倾向于扩散到表面并在相变过程中产生泄漏等问题。PCMs封装到壳体材料中进行微胶囊化形成相变微胶囊(Microencapsulated phase change materials,MEPCMs)可以有效解决这些问题。为了实现在核技术领域中伽马射线屏蔽和潜热储存双功能,采用钨酸铅(PbWO4)这种重要的伽马射线屏蔽材料作为MEPCMs的壳体,采用石蜡(Paraffin,Pn)作为MEPCMs的芯材,合成双功能无机壳体相变微胶囊;同时,为了研究该双功能MEPCMs在应用时的性能,将其添加到硅橡胶(Silicone rubber,SR)基体中,制备了相变微胶囊/硅橡胶复合材料,本论文主要内容包括:(1)采用自组装和原位沉淀法成功了不同核壳质量比和铅钨摩尔比的一系列PbWO4壳体的Pn@PbWO4 MEPCMs。MEPCMs呈现出完美的球形形态,其直径范围为400 nm至1μm。在PbWO4外壳的保护下,MEPCMs具有良好的储热能力和热稳定性,并且对导热性和防渗性能也有加强,核壳比最高时,MEPCMs的相变潜热为125.8J/g,最高热导率为0.66 W/(m?K);不同WO42-/Pb2+摩尔比MEPCMs的封装效率均在73%以上。随核壳比的降低和铅钨摩尔比的升高,MEPCMs的伽马射线屏蔽性能是逐渐增强的趋势。(2)以MEPCMs为相变功能填料,SR材料为基体,通过调节MEPCMs不同填充量及填充的MEPCMs的不同核壳质量比,制备了一系列新型的热调节伽马辐射屏蔽材料。扫描图像结果显示MEPCMs成功加入到SR中,且形状完好无损,没有开裂,分布均匀。SR相变复合材料具有良好的储热性能,微胶囊填充量为100份时,相变潜热最高可达52.72 J/g,并且具有增强的防渗性能、导热能力和机械性能,拉伸强度可达到0.6261 MPa,优于SR材料。相比于纯SR材料,SR相变复合材料具有优异的温度调节能力和伽马射线屏蔽能力,加入MEPCMs的SR相变复合材料的质量衰减系数明显增大,最高的是加入核壳比为1:2的SR复合材料样品,在105.3 KeV能量下为2.05cm2/g,比同等条件的纯SR样品增长了144.05%。
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