礦物基復(fù)合儲熱材料的制備與性能調(diào)控.pdf

1、中圖分類號UDC博士學(xué)位論文學(xué)校代碼!Q53三礦物基復(fù)合儲熱材料的制備與性能調(diào)控PreparationandPropertyControlofMineralbasedCompositeThermalStorageMaterials作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：李傳常材料科學(xué)與工程材料學(xué)資源生物學(xué)院楊華明教授答辯委員會主席中南大學(xué)2013年11月罵瑗博士學(xué)位論文摘要礦物基復(fù)合儲熱材料的制備與性能調(diào)控摘要：儲熱材料

2、作為儲熱技術(shù)的核心已被廣泛應(yīng)用于太陽能光熱領(lǐng)域：太陽能熱發(fā)電、建筑節(jié)能、太陽能熱水系統(tǒng)等節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)。然而，儲熱材料的高成本制備限制這些終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而影響太陽能光熱技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此，迫切需求高性能儲熱材料的低成本制備技術(shù)。由于儲熱材料的基礎(chǔ)研究欠缺，未能建立儲熱材料微結(jié)構(gòu)與儲熱性能之間的關(guān)系，無法掌握儲熱材料性能調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)。礦物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、豐富的形貌、良好的熱穩(wěn)定性等原料優(yōu)勢，同時具備簡單易得、價格低廉的成本優(yōu)勢。因此

3、，通過發(fā)掘天然礦物的儲熱特性，將礦物與儲熱材料結(jié)合有望低成本獲得高性能礦物基復(fù)合儲熱材料，并建立微結(jié)構(gòu)與性能之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)儲熱性能的調(diào)控。本論文利用礦物的結(jié)構(gòu)與形貌特征，制備了礦物基復(fù)合儲熱材料，并通過礦物改型和組合技術(shù)增強(qiáng)材料的儲熱性能。采用X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、X射線能譜儀(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)、巖相分析、紅外光譜(FTIR)、差式量熱掃描(DSC)、熱重(TG)以及N2吸附脫附曲線等表征了材料

4、的微結(jié)構(gòu)，采用激光導(dǎo)熱儀、熱常數(shù)分析、低溫DSC以及儲放熱平臺評價了材料的性能。以赤鐵礦為骨料、粘土為粘結(jié)劑以及高嶺土尾渣為導(dǎo)熱系數(shù)調(diào)節(jié)劑，采用混合、壓制成型、自然干燥和焙燒等步驟，制備了新型顯熱儲熱材料，儲能密度(Gp)可達(dá)218106Jm“3K～；不同焙燒溫度處理時，導(dǎo)熱系數(shù)介于11l～164Wm“IK1；采用高嶺土尾渣作為調(diào)節(jié)劑，導(dǎo)熱系數(shù)在142～192Wm“IK1范圍內(nèi)可調(diào)；通過表征粘土在焙燒過程的物相、形貌等微結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)

5、粘土的微結(jié)構(gòu)直接影響材料導(dǎo)熱性能，建立了礦物結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱系數(shù)之間的聯(lián)系，從而揭示了礦物結(jié)構(gòu)對儲熱性能的影響機(jī)制。選取三種不同形貌(片狀、層狀和棒狀)的高嶺土，采用真空浸漬法穩(wěn)定石蠟，制備了定型復(fù)合相變材料：PK／paraffin、LK／paraffin和RK／paraffin。PK／paraffm的熔融和冷卻潛熱分別為1072和1058Jg一；LK／paraffin的熔融和冷卻潛熱分別為948和930Jg～；RK／paraffin的熔融和