【摘要】：相變儲熱和聚合物材料分別在促進(jìn)熱能需求與供給平衡、替代傳統(tǒng)高能耗的金屬和陶瓷材料上具有重要作用。但單一的有機(jī)相變和聚合物材料熱導(dǎo)率普遍偏低,限制了其推廣使用。因此,高導(dǎo)熱的復(fù)合相變材料和聚合物基復(fù)合材料的開發(fā)一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。基于此,本研究以石墨烯微片(GNPs)為導(dǎo)熱填料,先對其進(jìn)行表面非共價鍵功能化,再分別與硬脂酸(SA)和聚乳酸(PLA)基材復(fù)合,制備了高導(dǎo)熱納米復(fù)合材料,采用實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方法研究GNPs非共價鍵功能化增強(qiáng)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的機(jī)理,主要內(nèi)容如下:(1)石墨烯微片的表面改性。分別選用腐植酸鈉(SH),單寧酸(TA)和氧化石墨烯(GO)對石墨烯微片(GNPs)進(jìn)行非共價鍵功能化,制得改性石墨烯微片SH-GNPs,TA-GNPs和GO-GNPs。FT-IR,Raman,TGA以及TEM測試結(jié)果表明:SH,TA和GO均通過與GNPs形成π-π共軛作用成功對其進(jìn)行了非共價鍵功能化,且均未對GNPs的晶格結(jié)構(gòu)造成破壞。(2)改性石墨烯微片/硬脂酸復(fù)合相變材料。以SH-GNPs和GO-GNPs為填料,采用熔融共混法與硬脂酸(SA)基材復(fù)合,分別制得SH-GNPs/SA和GO-GNPs/SA復(fù)合相變材料。材料測試結(jié)果表明:1)SH和GO改性均能有效提高GNPs在SA基材中的分散性及其與基材的界面相容性,且GO-GNPs更易形成填料網(wǎng)絡(luò);2)SA基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大小依次為:GO-GNPs/SASH-GNPs/SAGNPs/SA;3)與純SA相比,復(fù)合材料仍然具有適宜的相變溫度和較高的相變潛熱,且SH改性能夠顯著提高復(fù)合相變材料的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)改性石墨烯微片/聚乳酸導(dǎo)熱復(fù)合材料。以TA-GNPs和GO-GNPs為填料,采用溶液共混法與聚乳酸(PLA)基材復(fù)合,分別制得TA-GNPs/PLA和GO-GNPs/PLA導(dǎo)熱復(fù)合材料。材料測試結(jié)果表明:1)TA和GO改性均能有效提高GNPs在PLA基材中的分散性及其與基材的界面相容性,且GO-GNPs更易形成填料網(wǎng)絡(luò);2)當(dāng)填加量≤8wt%時,PLA基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大小依次為:TA-GNPs/PLAGO-GNPs/PLAGNPs/PLA,超過8wt%后,GO-GNPs/PLA導(dǎo)熱系數(shù)最大;3)相比起純PLA,復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高,冷結(jié)晶溫度和結(jié)晶度均降低。(4)導(dǎo)熱機(jī)理分析。選用Y.Agari和Chu模型對硬脂酸和聚乳酸基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行擬合分析,分別計(jì)算得到導(dǎo)熱網(wǎng)鏈因子C_2和界面熱阻因子R_k。分析結(jié)果表明:1)相比于石墨烯微片,改性石墨烯微片可以有效提高復(fù)合材料的C_2和降低復(fù)合材料R_k,進(jìn)而表現(xiàn)出更好的傳熱強(qiáng)化效果;2)在三種改性劑中,GO改性效果最好的原因是其能在更大程度上提高復(fù)合材料的C_2和降低復(fù)合材料R_k;3)對于GO改性,在SA基復(fù)合材料中其對降低R_k的作用更大;而在PLA基復(fù)合材料中,其主要貢獻(xiàn)于提高C_2。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332
【圖文】：

圖 1-1 單層石墨烯的典型構(gòu)象[1]Figure 1-1 Typical conformation of single-layered graphene1.2.2 石墨烯的熱學(xué)性能石墨烯屬于非金屬晶體材料，其主要是通過晶格的振動，即晶格波(聲子)的運(yùn)輸來實(shí)現(xiàn)熱量的傳導(dǎo)。得益于石墨烯碳原子間牢固的結(jié)合和高度有序、穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，聲子能夠在石墨烯平面內(nèi)快速傳遞而極少發(fā)生散射，因此石墨烯具有極佳的導(dǎo)熱性能。事實(shí)上，石墨烯的聲子平均自由程可達(dá) 775nm，遠(yuǎn)大于其他高導(dǎo)熱碳材料，純的石墨烯的熱 導(dǎo) 率 高 達(dá) 5300W/mK ， 高 于 單 壁 碳 納 米 管 (3500W/mK) 和 多 壁 碳 納 米 管(3000W/mK)[2][4]。1.2.3 石墨烯功能化研究進(jìn)展盡管石墨烯具有極佳的導(dǎo)熱性能，非常適合作為導(dǎo)熱填料，制備高導(dǎo)熱納米復(fù)合材

原始GNPs(a)，SH-GNPs(b)和TA-GNPs(c)的TEM圖

GO(a)，GNPs(b)，GO:GNPs=1:20(c)和1:10(d)下GO-GNPs的TEM圖;

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 丁晴;方昕;范利武;徐旭;俞自濤;胡亞才;;不同二維納米填料對復(fù)合相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2014年03期

2 張正國;邵剛;方曉明;;石蠟／膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料的研究[J];太陽能學(xué)報(bào);2005年05期

3 周文英;齊暑華;李國新;牛國良;寇靜利;;導(dǎo)熱膠粘劑研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2005年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 胡娃萍;高傳熱性有機(jī)相變材料的制備與性能研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

本文編號：2750471