【摘要】：相變儲(chǔ)能材料在建筑取暖、國(guó)防軍事、航空航天、太陽(yáng)能設(shè)備、生物醫(yī)藥、電子設(shè)備以及智能紡織等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而,常用的包括聚乙二醇(PEG)在內(nèi)的相變材料存在著熔體流動(dòng)和泄漏的問(wèn)題,常常會(huì)對(duì)設(shè)備造成污染且難以反復(fù)利用。此外,常用的有機(jī)類(lèi)的相變材料的吸光性和導(dǎo)電性極差,因此對(duì)于太陽(yáng)光的吸收和利用以及電的刺激響應(yīng)性差,導(dǎo)致能源的存儲(chǔ)和利用率較低。因此,設(shè)計(jì)并獲得具有高相變焓值和光-/電-熱轉(zhuǎn)換能力的固-固型相變材料(SSPCMs)具有一定的理論指導(dǎo)和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本論文主要針對(duì)以上科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行開(kāi)展,通過(guò)與納米粒子復(fù)合獲得了相變洽值高、熱穩(wěn)定性和循環(huán)性?xún)?yōu)異、光-熱和電-熱轉(zhuǎn)換性能佳的復(fù)合型的聚氨酯(PU)基的SSPCMs(PUSSPCMs)。1.首先通過(guò)一步法將PEG鍵接在六亞甲基二異氰酸酯縮二脲(HDIB)上,得到了一系列的PUSSPCMs,并通過(guò)調(diào)控原料的配比實(shí)現(xiàn)了相變溫度及焓值的調(diào)控。在此基礎(chǔ)上,研究了埃洛石納米管(HNTs)對(duì)于體系的相變性能的影響。結(jié)果表明:HNTs不僅可以協(xié)同HDIB賦予體系良好的固-固相變性能,還可以作為異相成核劑提高體系的結(jié)晶性能,同時(shí)大幅度提高了體系的熱穩(wěn)定性。2.利用原位反應(yīng),將氧化石墨烯(GO)引入到體系中,并研究了其對(duì)于體系的物理性能的影響。均勻分散的GO作為交聯(lián)劑不僅協(xié)同HDIB實(shí)現(xiàn)了體系的固-固相變性能,而且大幅度地提升了體系的力學(xué)性能。但是由于作為異相成核劑的GO的表面基團(tuán)影響了PU鏈段的受限程度,導(dǎo)致出現(xiàn)了結(jié)晶溫度升高但是相變焓值變化不大(～72 J/g)的現(xiàn)象。3.為實(shí)現(xiàn)良好的光-熱轉(zhuǎn)換性,將GO直接混入到PU的前驅(qū)液中,通過(guò)溶劑熱法得到了原位還原的氧化石墨烯(RGO)/PUSSPCMs復(fù)合材料,并研究了GO的尺寸對(duì)于體系的相變性能的影響。研究表明:RGO既可以作為交聯(lián)劑賦予體系良好的形狀穩(wěn)定性,又可以作為阻隔劑削弱片層兩側(cè)的PU分子鏈間的相互作用。加之RGO的異相成核作用,體系的結(jié)晶性能大幅度提高。此外,體系的熱穩(wěn)定性大幅度提升。體系的結(jié)晶性能還有一定的GO的尺寸的依賴(lài)性。GO的尺寸越小,體系的結(jié)晶性能越好,焓值越高。4.為實(shí)現(xiàn)電-熱轉(zhuǎn)換性,首先構(gòu)筑了HNTs雜化的石墨烯氣凝膠(HNTs-GA),然后利用真空浸漬法得到了HNTs-GA/PUSSPCMs復(fù)合材料。HNTs無(wú)規(guī)地分布在氣凝膠的孔壁上,不僅能有效地防止石墨烯片層的堆疊,提高GA的還原程度;還能增強(qiáng)GA的骨架,使得常壓干燥成為可能。FT-IR研究表明,將HNTs-GA引入到體系中后,體系的氫鍵等相互作用被削弱,PEG鏈段的運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)。加之HNTs的異相成核作用,體系的結(jié)晶性能有一定程度地提高。體系具有優(yōu)異的吸光性和導(dǎo)電性,體系的光-熱和電-熱轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)效率分別可以達(dá)到78.4%和66.3%。同時(shí),體系的熱穩(wěn)定性有大幅度提升。5.將分散有ZnO的PU前驅(qū)液浸漬到GA中得到了GA/ZnO/PUSSPCMs三元復(fù)合體系,這有利于更好地發(fā)揮粒子的異相成核性。ZnO具有優(yōu)異的紫外吸收功能,可協(xié)同GA賦予體系更優(yōu)異的光-熱轉(zhuǎn)換性。其中,分散有0.97 wt%的ZnO和1.32 wt%的GA時(shí),體系的相變焓值為108.1 J/g,電-熱和光-熱轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)效率分別為84.4%和80.1%。
【圖文】：

１．３．２真空浸漬法逡逑真空浸潰法是指將ＰＣＭｓ的溶液或熔體在真空狀態(tài)下浸入到天然或是人工逡逑合成的多孔的支撐材料中得到其復(fù)合材料的方法。其示意圖如圖１．１所示。逡逑４逡逑

散在反應(yīng)體系中，然后通過(guò)加入引發(fā)劑、交聯(lián)劑等進(jìn)行聚合，最后分離得到微逡逑膠囊的方法。該方法通常試用于烷烴為核，聚苯乙烯（ＰＳ）邋［７６－７９］、脲醛樹(shù)脂逡逑［８０，邋８１］或者ＰＭＭＡ［８２］為殼的相變微膠囊的制備。圖１．２是乳液聚合法制備石逡逑墨烯修飾的密胺－脲醛樹(shù)脂為殼、石蠟為芯材的ＭＰＣＭｓ的示意圖［８０］。逡逑Ｇｒａｐｈｅｎｅ邋——￣￣」：）．逡逑Ｉ邐馨逡逑（ｂ）逡逑圖１．２乳液聚合法制備石蠟為芯材、密胺－脲醛樹(shù)脂為殼的ＭＰＣＭｓ的示意圖逡逑Ａｌｋａｎ等［８２］首先將一定量的二十二烷以及表面活性劑分散在去離子水中逡逑并加熱至二十二烷的熔點(diǎn)以上，然后將一定量的甲基丙烯酸甲酯（ＭＭＡ）、丙逡逑烯酸烯丙酯、亞硫酸鐵以及過(guò)硫酸銨的水溶液加入到上述分散液中，緊接著高逡逑速攪拌形成微乳液，然后加入一定量的硫代硫酸鈉和叔丁基過(guò)氧化氫，在９０°Ｃ逡逑進(jìn)行聚合。合成的ＭＰＣＭｓ具有光滑的表面，平均直徑為０．１６邋ｐｍ，其中二十二逡逑烷的被包覆率為２８邋ｗｔ％。逡逑１．３．３．２界面縮聚逡逑在界面聚合中，芯材首先在水／油或者油／水的體系中被乳化，然后單體在芯逡逑材液滴的表面聚合形成殼層［１０，邋８３－８５］。Ｋｏｏｋ等［８６］以十八烷為芯材，，界面聚逡逑合得到了平均直徑為２００邋ｒａｎ的以聚脲為殼的ＭＰＣＭｓ。Ｚｈａｎｇ等［１４］則制備了逡逑以十二烷為芯材，稀土元素?fù)诫s的氧化鋯為殼的ＭＰＣＭｓ，其制備過(guò)程及機(jī)理逡逑如圖１．３所示。該ＭＰＣＭｓ除了具備良好的相變儲(chǔ)能和導(dǎo)熱性之外
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB34

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本文編號(hào)：2657514