由于純相變儲能材料無法利用全波段太陽輻射,而氧化石墨烯作為一種碳納米材料的,具有紫外-可見-近紅外全波段吸收和高導(dǎo)熱系數(shù)的特性。所以用它作為光熱轉(zhuǎn)換材料,通過超聲輔助物理共混的方法與相變材料聚乙二醇(PEG)共混構(gòu)筑光熱轉(zhuǎn)換和相變儲能于一體的復(fù)合相變材料,可以實現(xiàn)對可見光的有效利用。本文將復(fù)合相變材料制備成薄膜,對其性能進(jìn)行初步的研究。主要通過掃描電子顯微鏡(SEM),X射線衍射儀(XRD),傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR),差示掃描量熱儀(DSC)、紫外分光光度計以及自組裝光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等手段對復(fù)合相變材料的微觀形貌、晶相、官能團(tuán)、儲熱性能和光熱轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了分析。首先,利用氧化石墨烯(GO)的全波段吸收和光熱轉(zhuǎn)換功能,與相變材料PEG物理共混制備GO/PEG復(fù)合相變材料。復(fù)合相變材料呈層狀結(jié)構(gòu),PEG分布在GO的片層之間或吸附在GO的表面,隨GO含量的增加其層間的堆疊變得較復(fù)雜,表面也比較粗糙。復(fù)合相變材料的相變溫度為50.5℃,相變潛熱超過80J/g,具有很好的儲熱性能。復(fù)合相變材料在可見光波段范圍內(nèi)(380-760nm)存在吸收,能通過光驅(qū)動來存儲能量,具有較高的光熱轉(zhuǎn)換和能量存儲的效率,η均大于0.75。其次,利用具有較高的吸光性的偶氮苯衍生物共價改性石墨烯來提高其在可見光波段的吸光性,再將改性后的GO與相變材料PEG物理共混制備具有光熱轉(zhuǎn)換和儲能功能的復(fù)合材料。結(jié)果表明:GO和偶氮苯分子之間通過酰胺鍵(-NH-CO-)接枝在一起,改性后的GO片層間距變小。復(fù)合相變材料中PEG分布在GO的片層之間或通過氫鍵等強(qiáng)的相互作用吸附在GO的表面,造成材料的表面比較粗糙,層間堆疊更復(fù)雜。該復(fù)合相變材料具有較高的相變潛熱,相變焓超過85J/g,具有很好的儲熱性能,其相變溫度為50.6℃。在可見光波段復(fù)合相變材料的吸光性較高,光熱轉(zhuǎn)換和能量存儲的效率較高,η均大于0.8。最后將所制得的復(fù)合相變材料進(jìn)一步制備成薄膜材料,通過優(yōu)化復(fù)合相變材料的摻量,得出復(fù)合相變材料的摻量不能過多,不超過15%,否則影響采光。本研究制備的薄膜材料具有較好的柔韌性和機(jī)械性能,其耐酸堿腐蝕性能也較好,也具有良好的儲能性能。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

圖 1-1 石墨烯是構(gòu)建富勒烯、碳納米管和石墨的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元[33]石墨烯獨特的二維結(jié)構(gòu)使得它在光、電、熱等方面都具有優(yōu)異性能。在石墨烯子的配位數(shù)為 3，鍵之間的夾角為 120°，中心的碳原子和其他碳原子在同一個內(nèi)通過 σ 鍵相連接，形成穩(wěn)定的六邊形狀。由于 C-C 之間的 σ 鍵的鍵能很大，墨烯的熱穩(wěn)定性能明顯增強(qiáng)，它的極限強(qiáng)度為 130GPa，拉伸模量也很高，1TPa[36]。同時，在垂直于層平面的位置形成了貫穿全層的大 π 鍵，具有很好的所以石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，導(dǎo)熱率是 5000W/m﹒K[37]。石墨烯屬于導(dǎo)體，有很強(qiáng)的二級電場效應(yīng)、室溫半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)以及超高的電子流動性.2 石墨烯的功能化盡管石墨烯各方面的性能非常優(yōu)越，應(yīng)用的潛力也十分巨大。但它規(guī)整的 sp2形結(jié)構(gòu)導(dǎo)致分子間作用力都很強(qiáng)，表面也表現(xiàn)為惰性性能，反應(yīng)的活性也較低疊團(tuán)聚，不能很好在分散在溶劑中[37-39]，從而降低了石墨烯的競爭優(yōu)勢。這些目前關(guān)于功能化石墨烯的研究項目大量增加的一個重要原因，通過對石墨烯改

得石墨烯在光學(xué)領(lǐng)域也能夠得到應(yīng)用。氮苯是一種具有光敏特性的材料，它是一種二氮烯的衍生物，中間包含一-N=N-），二氮烯兩端的氫原子分別被苯環(huán)所取代，具有熱力學(xué)穩(wěn)定的反s）和亞穩(wěn)定的順式結(jié)構(gòu)（cis）兩種結(jié)構(gòu)形態(tài)[47]。研究發(fā)現(xiàn)，偶氮苯分子在見輻射[48]、機(jī)械壓力[49]、靜電激發(fā)[50]的作用時可發(fā)生反-順的異構(gòu)化，由穩(wěn)轉(zhuǎn)變到亞穩(wěn)態(tài)的順式結(jié)構(gòu)；又因其反式結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)的穩(wěn)定性較高，亞穩(wěn)在特定的條件下如可見光、熱等條件作用下會回復(fù)到穩(wěn)態(tài)的反式結(jié)構(gòu)，如在發(fā)生順反異構(gòu)化的過程中，其分子或原子的內(nèi)部會伴隨電子在不同能級而當(dāng)電子能級發(fā)生變化時就會有能量的吸收或釋放。這樣的異構(gòu)化行為使在化學(xué)、非線性光學(xué)甚至在儲能領(lǐng)域都表現(xiàn)出非常獨特的性能，并且偶氮間的光線照射下產(chǎn)生的分解也是比較少的，具有比較好的光學(xué)穩(wěn)定性。但物也存在著一些固有的缺點，如它的能量密度低、回復(fù)半衰期短等問題，陽能存儲方面的應(yīng)用。

圖 2-1 自組裝光熱轉(zhuǎn)換測試系統(tǒng)的實驗裝置日光燈模擬太陽光獲得穩(wěn)定的光源，照射到樣品表面的光的功率由率 P 約為 100mW/cm2，樣品接收的輻射面積約為 4.5cm2）。數(shù)據(jù)斯特電子儀器有限公司生產(chǎn) TOPRIE 拓普瑞多路溫度記錄儀記錄數(shù)錄儀每隔 5 秒自動記錄樣品的溫度數(shù)據(jù)，然后通過繪制溫度-時間溫度隨光照時間的變化。然后通過繪制溫度-時間圖來研究材料對轉(zhuǎn)換和能量存儲性能。材料的光熱轉(zhuǎn)換和相變儲能的效率可以根據(jù)算得到[10]。 = mΔH/(P S( t )) （2.1）光熱轉(zhuǎn)換及相變存儲效率；熱轉(zhuǎn)換相變儲能材料的質(zhì)量（g）；通過 DSC 技術(shù)測定光熱轉(zhuǎn)換有機(jī)相儲能材料的相變焓（J/g）；
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本文編號：2851054