【摘 要】
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为了应对现在日益严峻的环境问题以及能源的紧缺,发展蓄热材料已经成为当今社会的必然趋势。相变材料可以通过不同相之间的转化从而达到蓄热和放热的过程,相对于有机相变材料,无机相变材料以自身较低的毒性和较高的潜热被本实验所选择,但由于水和无机盐冷却时存在着无法避免的相分离以及过冷度较大的现象,所以引入支撑材料以及成核剂来降低过冷度。硅藻土由于自身多孔形状的特点导致其具有较强的吸附性和渗透性,并且其具有良好
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为了应对现在日益严峻的环境问题以及能源的紧缺,发展蓄热材料已经成为当今社会的必然趋势。相变材料可以通过不同相之间的转化从而达到蓄热和放热的过程,相对于有机相变材料,无机相变材料以自身较低的毒性和较高的潜热被本实验所选择,但由于水和无机盐冷却时存在着无法避免的相分离以及过冷度较大的现象,所以引入支撑材料以及成核剂来降低过冷度。硅藻土由于自身多孔形状的特点导致其具有较强的吸附性和渗透性,并且其具有良好的热稳定性、化学惰性、吸附性、耐酸性、耐碱性、绝缘性等特性,以及有较大的比表面积和较低的密度。利用其特性可将其作为支撑材料。在本论文中,将硅藻土在400℃条件下处理2 h以得到纯净的表面和孔隙。将相变材料按熔点不同分为两种工艺制备,熔点超过100℃的硝酸钾和硝酸钠以烧结法的方式制备,熔点低于100℃的六水氯化钙、三水醋酸钠和十水硫酸钠以浸渍法的方式制备。对制备出的硅藻土基复合相变材料采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示热量扫描仪和过冷度测量等材料检测手段,对样品的化学相容性、微观形貌和热性能进行分析。借助单因素以及响应面分析对实验的工艺进行优化。结果表明,硅藻土与各种相变材料以及成核剂之间展现出良好的化学相容性,化学性质并没有改变,相变材料可以在硅藻土表面均匀的分布,表明硅藻土是良好的支撑材料。同时无机相变材料表现出了良好的热性能,ss-CPCM(KNO3)、ss-CPCM(Na NO3)、ss-CPCM(SAT)的潜热值分别为60.52 J/g、61.05 J/g和81.9 J/g。水合无机盐通过毛细作用和表面张力均匀地吸附在硅藻土的表面和孔中。成核剂采用异相成核机理来解释过冷抑制,并有效降低了水合盐的过冷度。在单因素实验中确定硝酸钾与硅藻土的最佳质量比例为65:35,硝酸钠与硅藻土为60:40,响应面实验中确定三水醋酸钠最优工艺为水浴温度60℃,水浴时间2 h,硅藻土煅烧温度为400℃。论文创新点为能够通过相变材料的熔点存在差异从而在多个使用温度下选用不同种类的复合相变材料。实验结果表明以硅藻土作为支撑材料,无机盐作为相变材料作为各种蓄热应用的蓄热材料显示出巨大潜力。
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