偶氮基杂化材料的制备及其光热存储性能研究

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偶氮苯(Azo)可以吸收特定波长的光,由反式结构转变为亚稳态的顺式结构,两种异构体之间的能级差可以实现能量存储,在一定外界刺激下(如光,热等)由顺式结构转变到反式结构,并释放能量,该可逆结构转变特性使偶氮苯在光能存储领域具有一定的应用。但偶氮基光热存储材料受其分子结构的限制,导致其存在能量密度低、放热速率慢且可控性差等缺点,限制了在光热存储材料领域的应用。针对以上问题,本文通过在偶氮苯分子中引入杂原子,结合功能化的石墨烯模板,制备了具有推拉电子结构的咪唑基偶氮苯/石墨烯杂化材料(i-Azo-h/r GO),并与偶氮苯/石墨烯(Azo-1/r GO),羧基偶氮苯/石墨烯(Azo-2/r GO)进行对比,研究了在不同条件下的热释放效果,最终实现了信息加密应用。研究显示了Azo-1/r GO,Azo-2/r GO与i-Azo-h/r GO均具有良好的储热性能,通过研究三种光热材料的热释放速率,发现i-Azo-h/r GO杂化材料的一阶动力学常数为2.81×10-5s-1,表明i-Azo-h/r GO具有快速热释放性能。Azo-1/r GO、Azo-2/r GO和i-Azo-h/r GO杂化材料光热膜能量密度分别为56 Wh/kg、110 Wh/kg和105 Wh/kg。由于i-Azo-h/r GO杂化材料具有更快的异构化性质,具有更高的功率密度(2380 W/kg)。相对于45℃,i-Azo-h/r GO杂化材料60℃和80 W/cm2的绿光(535 nm)条件下具有更高的功率输出。在60℃下达到了4.1℃的温差;在光的刺激下达到温差3.3℃。最后将热致变色颜料与光热材料结合,实现了信息加密。这种新的加密解密方式具有时间和温度分辨的特性,对光热材料在未来应用领域具有非常好的指导意义。
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