“固--液”相变材料的定形化及导热性改善

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“固-液”相变材料在其相变过程中可以吸收或释放大量的热能而温度保持相对稳定,广泛应用于热能存储与温度管理领域。但是“固-液”相变材料熔融后的泄露问题、固有的低热导率严重影响了其使用过程中的安全性与热交换速率。使用高热导材料制备多孔载体来固载相变材料可以在实现“固-液”相变材料固定化的同时提高材料整体的热导率,而提高多孔载体中导热粒子之间的热量传递有望进一步提高其热导增强效果。
  氮化硼(BN)微米片与纳米片(BNNSs)是一类应用非常广泛的导热填料,氮化硼多孔材料固载相变材料也已有许多报道。本论文从提高氮化硼粒子之间的热量传递出发,在第二章中采用氧化石墨烯(GO)微波原位还原法制备了还原氧化石墨烯(rGO)/BN/聚乙二醇(PEG)复合相变材料(rGBP)。通过电导率测试、拉曼光谱分析(Raman)、扫描电镜(SEM)、差式扫描量热测试(DSC)、热导率测试等对其进行测试与表征。结果表明GO/BN复合多孔材料载体中的GO可在短时间(45s)的微波作用下实现高品质的还原:碳氧比由1.9升高到10.9。由于rGO相比GO更优秀的导热能力,rGBP的热导率获得进一步提升:在14.4wt%的氮化硼含量时,整体热导率达到1.06Wm-1K-1,相比GO/BN/PEG复合相变材料(GBP)提高25%,相比纯的PEG提高240%。rGBP表现出了良好的形状稳定性、储热能力和循环稳定性。rGO的生成在提高复合相变材料热导率的同时,也赋予了相变材料优异的电热、光热转化能力:电热、光热转化存储效率分别达到87.9%和87.4%。这种高导热定形相变材料及其制备方法在能量存储领域展现出很好的应用前景,同时也为利用高导热材料的之间的协同作用制备高导热相变材料载体提供了借鉴意义。
  在第三章中,使用化学交联增强的纤维素多孔材料作为基底,通过静电自组装的方法在纤维素骨架上沉积BNNSs,形成三维互联的导热多孔材料(CBS),随后固载PEG得到复合相变材料(CBP)。通过SEM、DSC、热重分析(TGA)、热导率测试、电阻率测试等方法对CBS和CBP进行了表征。结果表明,BNNSs在纤维素骨架表面形成了连续的导热层。相比于不含BNNSs的复合相变材料,BNNSs含量仅为1.9wt%的CBP热导率可提高42.8%。同时CBP依旧保持了非常高的体积电阻率(>107Ωcm)、储热密度(176.1J g-1)和良好的循环稳定性。即使在高达95.6wt%的PEG固载量条件下,复合相变材料在拉力,压力,弯曲力(90°)的作用下仍显示出良好形状稳定性。这种热导增强的高电阻定形相变材料在电子系统的温度管理领域具有潜在的应用价值。
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