相变材料微胶囊的多层级结构设计、制备及其多样化应用

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:littlerabit75
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
化石燃料作为现今社会发展所需的主要能源,往往也会引起成本和环境问题,因此寻求绿色或可再生能源成为社会可持续发展的关键。固-液相变材料(PCM)通过相变储存或释放大量潜热,具有稳定的物化性质,其潜热高,相变温度适宜,可以有效地提高能源利用效率,目前已受到研究者们越来越多的关注。固-液PCM虽然具有诸多优点,但其在固-液相变方面存在过冷度大、导热系数低、流动性大和易泄漏等严重问题。利用微胶囊技术将固-液PCM封装在有机/无机的外壳内制备成相变材料微胶囊(MEPCM)是克服这些问题的有效方案。MEPCM不仅可使PCM在液态下也有稳定的固态外壳封装,保护其不受外界环境的影响,还可以为PCM提供大的比表面积以提高其热响应速度和传热效率。此外,多层级结构的MEPCM除了能进行热能存储外,其外层功能壳还能提供其他额外特定的性能。因此设计具有不同功能的多层级结构MEPCM以满足其在各领域的多样化应用已成为MEPCM发展的新趋势。本论文顺应最新代微胶囊的发展,针对不同领域的应用需求,设计开发了不同的多组分、多层级结构相变材料微胶囊,利用其作为独立控温单元在光热转换、酶传感器以及超级电容器等领域的应用进行了系统研究。具体工作如下:(1)通过反相乳液模板缩聚法在聚乙二醇(PEG)表面成功包覆二氧化硅(Si O2)外壳,合成了相变性能良好的Si O2/PEG微胶囊。优化表面活性剂和助表面活性剂的配比后,该微胶囊表现出完美的核-壳结构、规则的球形形貌、均匀的粒径分布,且其包封效率达到78%以上,相变焓约为130 J/g。良好的蓄热能力、较高的热稳定性和形状稳定性,使其具有可靠持久的相变循环性和耐久性。(2)制备了一种基于正二十二烷为芯和碳纳米管(CNTs)/聚多巴胺(PDA)/Si O2为多层壳的MEPCM以提高太阳能光热转换。该微胶囊具有规则的微观形貌,相变焓超过130 J/g,不仅具有良好的蓄热能力还表现出较高的热稳定性和可循环工作性。特别的是,光子捕获能力优异的CNTs/PDA壳层的构建还赋予了该微胶囊良好的光热转换能力,当CNTs含量为2 wt%时制备的微胶囊获得了高达90.1%的最佳光热转换效率。(3)结合MEPCM和葡萄糖氧化酶(GOx),设计了一种热自调节的葡萄糖传感器,以在更广泛的温度范围内检测葡萄糖。将相变温度与GOx最适活性温度相近的正二十二烷微胶囊化在Si O2壳层中,然后将生物活性良好、比表面积大的CNTs修饰在Si O2壳表面,制备出作为GOx载体的CNTs/Si O2微胶囊。通过层层自组装法构建酶电极进行葡萄糖检测,发现MEPCM的引入使该葡萄糖传感器具有良好的热自调节能力,在高温下表现出比传统不含MEPCM的传感器更好的检测性能。(4)设计制备了聚苯胺(PANI)/CNTs、PANI/PR两种导电聚合物基微胶囊,以及Ni(OH)2、Co(OH)2/MXene两种金属氢氧化物基微胶囊作为超级电容器的可热自调节电极材料,以改善其电化学性能在高温下的衰减。所合成的样品均具有完美的微胶囊结构,包封效率均超过50%,130 J/g以上的相变焓使它们具有良好的热温调控能力。两种PANI基可热自调节电极材料在高温下比传统不含MEPCM的材料获得了更高的比电容,而Ni(OH)2微胶囊电极材料则获得了更高的析氧电位,Co(OH)2/MXene微胶囊电极材料除了析氧电位外还获得了更高的比电容。本论文开发的具有不同外壳的多层级结构相变材料微胶囊均表现出规则的微观形貌、良好的蓄热和热温调控能力,以及可循环充放热性能。并且针对不同领域的应用需求,定制化设计构建的多层级结构MEPCM在该领域内均展示出较大的应用潜力。本论文相关研究成果对相变材料微胶囊的设计、构建及其在各领域的多样化应用发展具有重要的推动价值。
其他文献
作为工程塑料的新一代泡沫材料,聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)泡沫具有良好的高温尺寸稳定性、耐化学性和优异的力学性能等特性,日益受到人们的广泛关注。因此,研究PBT泡沫的制备以及微观泡孔结构的调控对于实现工程材料的轻量化与节能环保,以及拓展PBT在建筑领域、汽车制造和航空航天领域的应用有着重要的意义。泡孔结构,如开/闭孔、泡孔密度、泡孔尺寸及泡孔形态分布等对于泡沫材料的性能有着重要影响。目前,仅有少
学位
能源危机,环境恶化,发展清洁能源及能源转换装置迫在眉睫。质子交换膜燃料电池是具有发展潜力的高效率、环保型的能量转化体系。阴极氧还原反应动力学过程的缓慢成为限制其发展的主要原因。铂基催化剂仍是当下最有效的氧还原催化剂,但存在活性较低、稳定性不足等问题,因此研发高性能铂基氧还原催化剂无疑是关键要素。本论文以基础电化学、电催化、化学动力学与热力学为理论指导,针对目前铂基ORR催化剂存在的关键科学问题,从
学位
化石燃料的大量消耗导致了全球变暖等一系列问题,因此寻求更高效、环保的清洁能源显得尤为重要。基于此,电化学能量储存与转换体系得到了充分的关注和研究,电极材料作为体系中不可或缺的一环,因对体系性能具有重要的影响一直都是研究的热点。其中,炭基电极材料因导电性优异、成本低、来源广泛等优势在电化学能量存储与转换体系中展现出出色应用前景。更重要的是,炭基材料结构的差异往往会导致截然不同的电化学行为与特性。这种
学位
学位
皮肤创面修复是一个涉及多种细胞和分子相互作用的多阶段过程,在细胞行为的调节和细胞外基质(ECM)的动态重塑下,受损的组织得到修复和再生。外源或内源性因素导致伤口部位微环境的细微改变都可能会影响细胞的活化和募集,进而影响伤口愈合的进程。近年来,基于“湿性愈合”理论而开发的水凝胶敷料能够为伤口创造适宜的愈合微环境,因而被广泛应用于临床伤口护理。得益于天然多糖的生物相容性、高亲水性、可降解性和易成胶性等
学位
尽管人们已经开发了诸多从海水或受污染水体中生产洁净淡水的技术,但这些技术大多依赖于高能耗和复杂集中的设备、设施,限制了其在偏远落后地区和近海岛屿的实际应用。太阳能驱动水蒸发以太阳能为驱动能源,是一种绿色、可持续、便捷、廉价的水净化技术,是解决淡水资源短缺问题的重要潜在手段。虽然人们已经开发出各式各样的光热转换材料用于太阳能驱动水蒸发,但如何进一步利用单位面积内的太阳能以提高蒸发性能、如何构造形状可
学位
化石能源的消耗使得社会环境问题日益显现,可再生能源的开发不断加大,但是清洁能源大都具有强间歇性和分布不均匀等特点,因此配套的储能系统的建立对于其发展至关重要。碱金属离子电池(锂/钠/钾离子电池)具有高的能量密度,功率密度和长的寿命,是目前主要的化学储能媒介。电极材料是电池主要组成部分之一,其结构设计及革新是提高电池性能的关键。炭材料是一类来源广泛,结构可设计性强的高性能材料,在电化学储能领域被广泛
学位
目的 构建“互联网+护理服务”护士的绩效考核指标。方法 通过质性访谈、理论学习及相关文献阅读形成指标体系的框架,经过课题小组讨论进一步完善绩效考核指标内容,最后运用Delphi专家咨询法对15名相关领域的专家进行两轮咨询,确立了各指标的具体内容、权重,最终形成“互联网+护理服务”护士绩效考核指标体系。结果 两轮问卷的有效率、回收率均为100%,专家的判断系数为0.920,专家熟悉程度为0.774,
期刊
橡胶纳米复合材料由于其独特的高弹性和粘弹性在轮胎工业、密封行业、阻尼减震等诸多领域发挥着重要的作用。复合材料的这些特性来源于橡胶柔性长分子链的缠结、交联,橡胶分子链与填料之间的物理化学作用以及填料网络的形成与破坏。深入理解这种多层次、多相互作用、多网络的结构与材料性能之间的定量关系是是材料科学与工程领域的重要方向之一。随着计算机性能的高速发展,基于“理论模型”的计算模拟成为材料科学研究的新范式。为
学位
近年来,随着“碳达峰,碳中和”目标的提出,碳减排已经成为了国家重大发展战略。因此,针对二氧化碳(CO2)分离和捕集方面的研究受到了越来越广泛的关注。在化工生产过程中,末端尾气部分的CO2气体中常含有可凝性气体,包括水蒸汽(H2O)和挥发性有机物(VOCs)等。含有这些杂质的CO2气体在管道运输过程中会造成设备的腐蚀,并影响后续的产品加工。因此,在CO2气体资源化利用之前对其进行净化尤为重要。另外,
学位