石墨烯增強(qiáng)相變材料導(dǎo)熱性能的研究.pdf

1、相變儲(chǔ)能材料的研究近年來(lái)引起了廣泛的關(guān)注，它可以應(yīng)用于太陽(yáng)能儲(chǔ)存、節(jié)能建筑材料和余熱的回收利用等諸多領(lǐng)域。有機(jī)相變材料具有理想的相變潛熱、無(wú)毒無(wú)腐蝕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但具有導(dǎo)熱系數(shù)低、相變時(shí)易泄露等缺點(diǎn)。為了克服有機(jī)類相變材料的缺陷，必須提高相變材料的導(dǎo)熱性能。石墨烯具有諸多特殊的物理性能，如超高的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)于提高相變材料熱導(dǎo)率具有廣泛的前景。
　　本論文通過(guò)三種不同的方法制備石墨烯，提高有機(jī)相變材料導(dǎo)熱性能，并采用多種測(cè)試

2、方式對(duì)制備的復(fù)合相變材料的性能進(jìn)行深入研究。研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)通過(guò)改進(jìn)Hummers法制備氧化石墨烯，再用水合肼還原制備了石墨烯納米片(GNs)。將GNs與相變材料(PCM)復(fù)合制備GNs/PCM復(fù)合相變材料。通過(guò)SEM、TEM、FT-IR、XRD、DSC和熱常數(shù)分析儀等測(cè)試對(duì)石墨烯和復(fù)合前后的相變材料進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:隨著GNs添加量的增大，復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率逐漸增大，當(dāng)GNs含量為2wt％時(shí)，熱導(dǎo)率為1.84

3、28 W/(m·K)，是純PCM熱導(dǎo)率的10.1倍。200次冷熱循環(huán)后GNs/PCM復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率降低。GNs/PCM復(fù)合相變材料熱焓值ΔHm和ΔHc分別為208.2 J/g和195.4 J/g，GNs的添加對(duì)相變材料的相變溫度和相變焓影響很小。FT-IR和XRD分析得出GNs和PCM沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化。
　　(2)采用160℃水熱還原不同濃度的氧化石墨烯溶液制備石墨烯自組裝氣凝膠(SGA)，分別采用

4、自然吸附法和真空浸漬法制備SGA/PCM復(fù)合相變材料，并通過(guò)SEM、FT-IR、XRD、DSC和熱常數(shù)分析儀等測(cè)試對(duì)復(fù)合前后的相變材料進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:當(dāng)GO濃度為2 mg/mL時(shí)，自然吸附法和真空浸漬法制備的SGA2/PCM復(fù)合相變材料熱導(dǎo)率分別為1.7123 W/(m·K)和2.7324 W/(m·K)，明顯高于純PCM的熱導(dǎo)率;熱焓值ΔHm和ΔHc分別為203.4 J/g和194.5 J/g、209.1 J/g和197.6

5、J/g。真空浸漬法制備的SGA2/PCM復(fù)合相變材料比自然吸附法穩(wěn)定。SGA對(duì)PCM的晶體結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有影響，沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致新的物質(zhì)生成。
　　(3)采用環(huán)境友好型還原劑維生素C還原氧化石墨烯的方法制備三維多孔石墨烯氣凝膠(VC-GA)。并通過(guò)SEM證實(shí)所制備的VC-GA結(jié)構(gòu)表面光滑而內(nèi)部三維多孔結(jié)構(gòu)。VC-GA可顯著提高相變材料PCM的熱導(dǎo)率，特別當(dāng)起始氧化石墨烯的濃度為3mg/mL時(shí)，VC-GA3/PCM復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)