【摘 要】
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为了解决日益激增的世界能源矛盾,新能源的开发利用、高效存储等问题逐渐成为科研焦点。基于相变材料的潜热储能技术,将能量以相变潜热的形式储存与释放,能够使能量的供需达到有效平衡,实现能源的高效应用。然而当固-液相变材料吸收热量熔化时,会因泄露腐蚀周围介质,这种形态上的不稳定性会影响固-液相变材料的应用前景,因此由气凝胶、硅藻土、陶粒等多孔材料制备的定型复合相变材料显示出巨大的应用优势。本文提出将导电高
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目,面向绿色建筑和智能制造结构-功能一体化水泥基复合材料,51738003;
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为了解决日益激增的世界能源矛盾,新能源的开发利用、高效存储等问题逐渐成为科研焦点。基于相变材料的潜热储能技术,将能量以相变潜热的形式储存与释放,能够使能量的供需达到有效平衡,实现能源的高效应用。然而当固-液相变材料吸收热量熔化时,会因泄露腐蚀周围介质,这种形态上的不稳定性会影响固-液相变材料的应用前景,因此由气凝胶、硅藻土、陶粒等多孔材料制备的定型复合相变材料显示出巨大的应用优势。本文提出将导电高分子聚合物聚吡咯(PPy)添加到定型复合相变材料中,并将其作为导电填料制备防静电调温砂浆。分别采用阴离子表面活性剂油酸、十二烷基苯磺酸钠和非离子表面活性剂Span 80,通过化学氧化法制备聚吡咯水凝胶,再将其真空冻干得到PPy气凝胶。将得到的PPy气凝胶作为载体材料,熔融浸渍有机相变材料石蜡制备PPy气凝胶复合相变材料。结果表明,掺杂油酸的PPy气凝胶复合材料吸附性能最佳,最大吸附率为59.81%(吡咯单体与油酸的摩尔量比为7:1)。当石蜡质量分数为55%时,PPy气凝胶复合相变材料的电阻率约为40Ω·cm,满足电极材料电阻率的要求。采用聚吡咯气凝胶复合相变材料取代部分细集料制备水泥基材料时,由于聚吡咯气凝胶复合相变材料孔隙率高、吸水性强,与水之间会产生强烈的界面作用,即水会越过水泥浆与集料的界面进入集料内部,从而降低水泥基材料的有效水胶比和流动度,对水泥基材料的工作性能和力学性能产生较大影响。采用微波辅助酸浸提纯硅藻土(DEm),将硅藻土进行扩孔,通过化学氧化法使PPy分布在硅藻土表面制备PPy/DEm复合材料。将PPy/DEm复合材料作为载体材料真空吸附石蜡,制备石蜡/PPy/DEm定型复合相变材料。当硅藻土的PPy负载率为30%,且石蜡/PPy/DEm复合相变材料中石蜡质量分数为60%时,石蜡/PPy/DEm复合相变材料的融化潜热为78.9J/g,电阻率为207Ω·cm,经过200次熔融冷冻循环后融化潜热改变量低于5%,因此石蜡/PPy/DEm复合相变材料具有良好的热稳定性。采用石蜡/PPy/DEm复合相变材料以等体积取代部分砂制备防静电调温砂浆。结果表明,养护28d后防静电调温砂浆的电阻率可达到480Ω·m,满足防静电砂浆的电阻率要求,且其抗压强度为23.7MPa。此外,防静电调温砂浆的调温试验显示,相同的初始温度和加热时间下,相变储能砂浆板的升温速率和降温速率都要低于水泥砂浆板,说明试验制备的防静电调温砂浆具备优异的调温性能。
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