石蜡与赤藻糖醇填充石墨化泡沫炭复合储能材料的研究

论文摘要

由于相变储热材料具有很多突出的优点,如相变过程中近似等温、能够可控的进行能量吸收和释放,因此其已成为近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。然而单一相变材料存在固-液相变过程中的液态流动现象及导热系数低两个主要的缺点,限制了相变材料的广泛应用。石墨化泡沫炭由于具有低密度下的高热导率性能和三维多孔连通的微结构特征,因此能够实现对相变材料的物理封装,所以本论文采用石墨化泡沫炭作为基体,选择石蜡和赤藻糖醇作为相变材料,利用自发熔融浸渗工艺制备相变材料/泡沫石墨复合储能材料。本文首先对石墨化泡沫炭进行了组织和性能的表征,包括SEM、压汞测试、力学性能测试、XRD和Raman光谱分析。对于选择的相变材料进行了密度及体积膨胀率的测试。以浸渗温度、浸渗时间和真空度为主要影响因素,研究了石蜡和赤藻糖醇浸渗泡沫石墨的浸渗工艺。确定最佳的浸渗工艺参数如下:石蜡的最佳浸渗工艺为常压下60℃,浸渗时间为40min;赤藻糖醇的最佳浸渗工艺为真空条件下150℃,浸渗时间为10min。其次,采用SEM,DSC,XRD,傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分别对相变材料/石墨化泡沫炭复合储能材料的微观形貌,相变温度和相变潜热及其结合状态进行了分析。结果表明,在最佳的浸渗工艺条件下相变材料能够达到饱和浸渗,并与石墨化泡沫炭之间形成物理结合界面,不产生新的基团,复合材料的相变温度主要由浸渗的相变材料决定,复合材料相变潜热值由浸渗相变材料的潜热和浸渗率共同决定。对复合储能材料进行了热循环实验,结果显示,石蜡/石墨化泡沫炭复合储能材料热循环40次后失重率为5.14%,赤藻糖醇/石墨化泡沫炭复合储能材料6次循环后失重率为14.56%。此外,还对复合储能材料进行了力学性能测试,结果显示,石蜡与赤藻糖醇填充石墨化泡沫炭后所得复合储能材料的压缩性能较石墨化泡沫炭分别提高了80%和26%,可以作为自支撑复合材料使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1 章绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 泡沫炭的研究现状
• 1.2.1 泡沫炭的性能
• 1.2.2 泡沫炭的应用
• 1.3 相变储能材料的研究现状
• 1.3.1 无机类固-液相变材料
• 1.3.2 有机类固-液相变材料
• 1.3.3 复合相变材料
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验仪器及实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 扫描电镜（SEM）分析
• 2.2.2 X 射线能谱仪（EDS）分析
• 2.2.3 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.2.4 拉曼光谱（Raman）分析
• 2.2.5 差示扫描（DSC）分析
• 2.2.6 红外光谱（FTIR）分析
• 2.2.7 压缩性能测试
• 2.2.8 润湿性能测试
• 2.2.9 压汞测试
• 第3章 石蜡与赤藻糖醇熔融浸渗石墨化泡沫炭复合储能材料的制备
• 3.1 石墨化泡沫炭的组织和性能
• 3.1.1 孔结构的表征
• 3.1.2 压缩性能
• 3.1.3 微观结构组成与元素分析
• 3.2 相变材料的选择
• 3.2.1 水在石墨化泡沫炭表面的润湿性测试
• 3.2.2 LiF/泡沫石墨复合材料的制备
• 3.3 石蜡和赤藻糖醇的物理性能测定
• 3.4 石蜡的浸渗工艺研究
• 3.4.1 熔渗温度的影响
• 3.4.2 熔渗时间的影响
• 3.5 赤藻糖醇的浸渗工艺研究
• 3.5.1 熔渗温度的影响
• 3.5.2 浸渗时间的影响
• 3.5.3 浸渗工艺的改进
• 3.5.4 制备工艺评价及比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 石蜡与赤藻糖醇填充石墨化泡沫炭复合储能材料的性能表征
• 4.1 石蜡填充石墨化泡沫炭复合储能材料的性能表征
• 4.1.1 密度及比热
• 4.1.2 相变温度及相变潜热
• 4.1.3 微观形貌
• 4.1.4 XRD
• 4.1.5 红外分析
• 4.1.6 热稳定性分析
• 4.1.7 力学性能测试
• 4.2 赤藻糖醇填充石墨化泡沫炭复合储能材料的性能表征
• 4.2.1 密度及比热
• 4.2.2 相变温度及相变潜热
• 4.2.3 微观形貌
• 4.2.4 XRD 分析
• 4.2.5 红外分析
• 4.2.6 热稳定性分析
• 4.2.7 力学性能测试
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历