固固复合相变材料制备及性能研究

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现有的一些能源及其能源利用系统,如太阳能、地热能、分布式能源、制冷空调等,由于供能侧或用能侧的动态负荷变化,存在间断性或不稳定性。通过蓄能技术对系统中的热能进行储存调配,可以改进系统运行的稳定性、可靠性和经济性,因此研究蓄能技术和蓄能材料对于科学用能具有十分重要的作用,而如何改进相变蓄能材料的相变性能是其中的关键问题。在众多种类的相变材料中,固固相变材料因不具流动性相比固液相变材料具有特殊优势,但在使用中仍存在一些缺点。因此,本文开展了固固复合相变材料的制备及性能研究。主要研究内容如下:首先,以相变温度为181℃的多元醇类固固相变材料季戊四醇为研究对象,针对其结晶速率低、释热过程缓慢的缺点,提出并制备了含有石墨及纳米颗粒等不同添加剂的季戊四醇复合固固相变材料,测试了其相变温度、相变潜热及热导率等重要热物性;分别采用傅立叶红外光谱分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了其晶体结构和微观形态:根据差示扫描量热仪(DSC)测量得到的不同降温速率下的温度-热流曲线,对复合相变材料的结晶过程进行了动力学分析,确定了非等温结晶动力学中的Avrami方法和Mo方法适用于分析季戊四醇及其复合相变材料,进而解释说明了合适的添加剂能够促进季戊四醇结晶并减小过冷度。其次,将多元醇类材料微粒化后直接混入导热油制备新型固固相变潜热型功能流体,无需封装,避免了传统的微胶囊类型的潜热型功能热流体制备过程的复杂工艺及使用中的破碎风险。针对新型潜热型功能热流体的储热能力进行了研究,采用差示扫描量热仪测量得到了不同质量配比的新型潜热型功能热流体的相变温度、相变潜热值及表观比热值。结果表明添加了多元醇类固固相变颗粒的潜热型功能热流体相比纯导热油的表观比热值有所增加,可用作换热流体的同时还具备较好的储热能力。最后,通过钴源辐照法和索氏抽提萃取法制备得到了交联高密度聚乙烯高分子类固固相变材料,其主要优势在于交联键结合能量高,稳定性好,且无需向原材料中添加敏化剂等辅助材料。通过测试其熔融指数值验证了其固固相变特性,研究了高密度聚乙烯及交联高密度聚乙烯的物理结构、化学结构及相变温度、相变潜热和比热等性质,完善了其作为固固相变材料所需的重要热物性数据。
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