论文总字数：23781字

摘 要

相变材料（PCMs）可以通过相变实现热能的存储和释放，具有较高的相变潜热，在相变储能、调温等领域具有很好的应用前景。有机PCMs具有较高的相变潜热、良好的热稳定性、较宽的相变温度范围、以及无毒无害等优点，但在实际应用过程中，存在高温易泄露和热导率低等问题。气凝胶是一种具有良好隔热性能的轻质多孔材料，将相变材料与气凝胶复合起来不仅可以有效解决相变材料的泄露问题，还可以提高气凝胶的隔热性能。

本文以聚乙二醇（PEG）为相变材料，以石墨烯气凝胶（GA）为基体，分别采用水热法和热熔渗法两种方法制备PEG/GA相变复合材料。在水热法中，最优的水热反应温度为180℃，最优时间为12h，制得样品的表观密度为0.338g/cm³，第一次DSC循环测试的熔化焓为139.4J/g，凝固焓为175.7J/g，第二次测得的熔化焓为139.4J/g结晶焓减小为149.0J/g，样品的XRD图和SEM图显示样品中PEG与GA为物理混合且复合良好。在热熔渗法中，最优的浸渍温度为90℃，最优时间为40min，制得的样品的熔化焓为205.2J/g结晶焓为223.4J/g，经过一次DSC循环后相变焓没有损失，XRD图和SEM图显示PEG与GA为物理混合且GA的片层状结构保存完整。热熔渗法制得的样品收缩率较大样品尺寸较小，但由于其结构完整、相变材料含量高，所以其相变焓比水热法更大，这为气凝胶相变材料的研究奠定了基础。

关键词：相变材料 聚乙二醇 石墨烯气凝胶 隔热性能

Abstract

Phase change materials (PCM) possess high can realize latent heat due to the solid-liquid phase transition and heat storage, therefor they are promising materials fields like energy storage and temperature adjusting. Organic PCMs have the advantages of high latent heat of phase change, good thermal stability, wide phase change temperature range, innocuity, etc. However, in the practical application process, there are two issues due to leakage and low thermal conductivity. Aerogel is a kind of light porous material with good thermal insulation performance. Combining phase change material with aerogel can solve the leakage problem of PCM and improve the thermal insulation performance of aerogel.

In this study, polyethylene glycol (PEG) is used as PCM and graphene aerogel (GA) is used as porous matrix to prepare PEG/GA PCMs composite by hydrothermal method and thermal infiltration method, respectively. In the hydrothermal method, the optimal hydrothermal reaction temperature is 180℃, and the optimal time is 12h. The bulk density of the as-prepared sample is 0.338g/cm³, and the melting enthalpy of the first DSC cycle test is 139.4J/g with the solidification enthalpy of 175.7J/g. The melting enthalpy of the second measurement is 139.4J/g, and the crystallization enthalpy is reduced to 149.0J/g. The XRD and SEM images of the sample show that PEG and GA within the sample are physically mixed and well combined. In the thermal infiltration method, the optimal infiltration temperature is 90℃, and the optimal time is 40min. The melting enthalpy of the prepared sample is 205.2J/g and the crystallization enthalpy is 223.4 J/g. There is no loss of phase transition enthalpy, after thermal cycle. XRD and SEM images show that PEG and GA are physically mixed and the lamellar structure of GA is intact. The samples prepared by the thermal infiltration method have larger shrinkage and smaller size, but due to their complete structure and high content of phase change materials. Their enthalpy of phase change is larger than that of hydrothermal method, which lays a foundation for the research of aerogel phase change materials.

Key Words: Phase change materials; Polyethylene glycol; Graphene aerogel; Thermal insulation performance

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 相变材料 1

1.2.1 相变材料的含义 1

1.2.2 PCM的分类 1

1.2.3 PCM的选取 3

1.3 石墨烯气凝胶 4

1.3.1 石墨烯简介 4

1.3.2 GA的概述 4

1.3.3 GA的制备 4

1.4 本文研究内容 6

第二章 实验方法 7

2.1 实验所需原料及主要仪器和设备 7

2.2实验表征手段和性能参数测试方法 7

2.2.1 样品表观密度测试 7

2.2.2 样品增重率 7

2.2.3 X射线衍射（XRD）分析 8

2.2.4 扫描电镜（SEM）分析 8

2.2.5 红外光谱（FTIR）分析 8

2.2.6 热重-差式扫描量热仪（TG-DSC）分析、DSC循环分析 8

2.2.7 比表面积及孔经分布分析仪（BET）测试 8

2.2.8 隔热性能考核 9

2.2.9 防泄漏实验 9

2.3 PEG/GA相变复合材料的制备 9

2.3.1 水热法制备PEG/GA相变复合材料 9

2.3.2 热熔渗法制备PEG/GA相变复合材料 9

第三章 PEG/GA制备工艺及表征分析 10

3.1 水热法制备工艺参数的确定 10

3.1.1 PEG掺入量的确定 10

3.1.2水热反应温度和时间的确定 10

3.2 热熔渗法制备工艺参数的确定 12

3.3 XRD分析 14

3.4 SEM分析 15

3.5 FTIR分析 16

3.6 隔热性能考核 17

3.7 DSC循环、TG-DSC 18

3.8 BET测试 21

3.9 防泄漏实验 22

第四章 总结与展望 24

4.1 总结 24

4.2展望 24

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

• 1. 课题背景

随着社会和经济的快速发展，人们不得不面对一系列全球性挑战，如全球变暖、温室气体排放、气候变化、环境污染和化石能源短缺^[1]。能源一直都是人类生存和发展的物质基础，是人们生活中不可或缺的组成。随着社会经济发展，人们在供暖保温、食品烘干、生活热水等领域对热能的需求越来越大，且热能是低品位能源，在生活和生产过程中多余的热量经常被视为废热而排向外界环境。我国的钢铁冶金、高温窑炉、石油化工及太阳能光伏等高能耗行业的能源利用率低，能耗大。能耗大主要是由于传统耐高温隔热材料如泡沫玻璃、岩棉、耐火砖和多孔陶瓷板等隔热性能差，热量损失严重。提高材料的隔热性能和热能存储可以有效降低热量的损失、提高热能的存储。

相变储能（潜热储能）是目前最受欢迎的储能方式，其具有较高的储能密度即相变材料在温度变化较小的情况下仍具有极高的相变潜热^{[2, 3]}；较宽的相变温度选择范围。在温度升高到相变材料熔点温度附近时，相变材料可以吸收热量发生固相-液相转变达到储能和控温的作用。

• 1. 相变材料

1.2.1 相变材料的含义

请支付后下载全文，论文总字数：23781字