摘 要

储热材料是能够将废热和余热收集，并重新再利用的一种材料，有利于解决能源不匹配问题。而复合相变储热材料更是因为能够将不同的材料的优点，通过组合方式，集中在一起，增强储热性能而被广泛关注。并应用于航空、民用、军工等领域，在生活中更是随处可见。复合相变储热材料中膨胀石墨与有机体的结合倍受关注，了解膨胀石墨特性，以便制作新型复合材料。

本实验通过在十六醇与月桂酸形成的低共熔点混合物中添加不同含量的膨胀石墨来制备复合相变储热材料。使用熔融共混法和真空吸附法让有机基体与膨胀石墨充分结合。制备有机基体与膨胀石墨的不同配比的复合物，运用SEM、DSC、FT-IR来研究制备的复合材料的微观结构、相变温度、相变焓等热物性能。

关键词：复合相变储热材料；相变；膨胀石墨；热物性

Abstract

The heat storage material is a kind of material that can collect waste heat and waste heat and re-use it, which is helpful to solve the energy mismatch problem. The composite phase change heat storage material is because it can be the advantages of different materials, through the combination of way, together to enhance the heat storage performance has been widely concerned. And used in aviation, civil, military and other fields, in life is everywhere. The combination of expanded graphite and organic bodies in composite phase change heat storage materials is of interest to understand the properties of expanded graphite in order to produce new composite materials.

In this experiment, composite phase change heat storage materials were prepared by adding different amounts of expanded graphite to the eutectic mixture formed by cetyl alcohol and lauric acid. The organic matrix was fully bonded to the expanded graphite using a melt blending method and a vacuum adsorption method. The microstructure, phase transition temperature and phase change enthalpy of the prepared composites were studied by SEM, DSC and FT-IR.

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Key words：The composite phase change heat storage material;phase change;expanded graphite;thermophysical properties

目 录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 相变储热材料的研究现状 2

1.2.1储热材料的分类 2

1.2.2 复合相变储热材料的研究现状 8

1.3 新能源的发展与应用 9

1.4 本课题的研究目的和主要研究内容 10

1.4.1 课题的研究目的 10

1.4.2 课题的主要研究内容 10

第2章 实验材料及其实验方法 11

2.1 实验材料的选择 11

2.1.1 膨胀石墨的制备方法 11

2.1.2 有机基体 12

2.2 实验原材料及主要仪器 12

2.3 实验方法 13

2.3.1膨胀石墨的制备 13

2.3.2 复合材料的制备 13

2.3.3复合材料的测试 14

第3章 结果与讨论 15

3.1 SEM测试结果分析 15

3.2 DSC测试结果分析 16

3.3 XRD测试结果分析 17

3.4 FT-IR测试结果分析 18

3.5 充放热测试结果分析 19

第4章 结论与前景展望 21

4.1 结论 21

4.2 前景展望 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1 引言

随着社会的不断进步，科学不断发展，人类对能源的需求日益增加，但是能源的供应与需求都有一定的时间性，造成了能源的大量浪费。如何更好地合理分配利用能源成为了一件亟待解决的问题。在此情况下，我们假设如果有一种材料可以在需要供应热量或冷量时，将浪费能量或者多余能量回收储存，或者不需要供应时，将热量或冷量存放起来，等需要使用时又可以将其释放，这种材料就叫做“热能储存材料”^[1]。储热技术是为了帮助人们节约使用能量，并在能量利用中找到合适的点来调整许多不协调的供需关系。避免了不该使用的能量使用和浪费大量能量。以此来让能量在时间及强度上的不匹配得到缓解。不只如此，储热技术在各个领域有着广泛应用。它不仅能够将工业上的剩余能量进行收集，还可以将工业废热重新利用，缓解了环境污染，还可以实现节约能量，减少排放，在某种程度上减少了不可再生能源的使用。储热技术并不单单将热进行保存，换句话说储热技术包含了储冷技术。其中储热技术分为两种：显热储热和相变储热。显热储热是利用自身的比热容来储/存释放热量，相变储热是通过相变材料PCM（phase change materials）发生相变时吸收/释放热能量来进行储存/释放热能^[2]。对热能储存材料的研究发展仅是几十年，由于在生活中更是常用于电力系统，太阳能利用，建筑节能等，逐渐成为被重视的材料。从现在应用的普遍程度，相变储热材料较为普遍。相变储热材料的储热密度相对较高，无论储存还是释放热的过程中，温度变化小。相变材料中又以固固相变和固液相变储热材料为主。固液相变的原材料价格便宜容易获得。然而固液相变材料容易存在过冷和相分离现象，使其在相变过程中材料自身性能发生变化，性能不稳定且退化。不仅如此，该种材料还易产生泄露，造成环境污染。该种材料泄露后易对其他物品产生腐蚀，所以就对封装容器的性能较好，所需封装容器的价格相对较高。固固相变材料在发生相变前后固体晶格结构发生改变来放热吸热。与固液相变相比，固固相变材料具有更多优点，可以直接加工成型，不需容器盛放。且固固相变材料的膨胀系数小，不存在过冷现象和相分离现象，其毒性腐蚀较小，无泄漏现象，容易存放，使用时间可以很长，但固固相变材料也有缺点潜热较低，价格较高^[3]。目前按材料种类分类相变储热材料主要有熔融盐类，有机类，金属类及复合类。相对于其它各类储热材料，无机盐类材料有着较大的潜力，但是尚待发现新型研究。于是复合类材料变为了热门关注，近年来对于膨胀石墨的研究更是层出不穷。石蜡与膨胀石墨的结合，月桂酸与膨胀石墨的结合，通过膨胀石墨所具有的孔径吸附有机基体制备成储热材料。本课题组已有其他人员探究了有机体与碳纳米管的结合的储热性能研究。

本文先讲述了膨胀石墨的制备，再以膨胀石墨为支撑，十六醇月桂酸为储热材料。通过熔融共混法和真空吸附法制备十六醇/月桂酸/膨胀石墨复合相变储热材料，以此使有机基体（十六醇/月桂酸）进行固定封装，并且研究了复合相变储热材料（膨胀石墨 有机基体）的结构和热性能的特点。

1.2 相变储热材料的研究现状

近30年，相变储热材料发展迅速，有机类储热材料的发展研究更加广泛，如石蜡，酯，酸，醇均有涉猎。虽然有着较多缺点，但却凭借在相变温度、相变潜热和理化性能等方面优势在太阳能，空调制冷系统中占有一席之地。水合无机盐相变材料有着较大潜力，缺点就是过冷现象和相分离，如何解决就是水合无机盐的出路，同样水合无机盐在储热方面也有自己的优势，因其相变温度较合适，而且相变潜热较大让其在中低温热利用领域成为理想的储热材料。而金属，众所周知导热系数较大，储能密度大，工作温度高特点适用于高温储热方面。为了综合各材料的优缺点，产生了现在的相变复合材料。

1.2.1 相变储热材料的分类

相变储热材料大致分为无机、有机以及复合相变储热材料。