对于全世界来说，能源是科技进步和经济发展的必需品[1]。自1970年能源危机开始，可持续发展和可再生能源一直只一个人们关注的热点[2]。化石燃料的整个能源的比重为80%，而化石燃料的燃烧有带来了许多环境问题 [3]。开发可再生能源，提高能源利用率和改善能源结构是缓解能源问题的重要方向[4]。因此，开发出可以满足电能和热能的转化和储备需求的可再生能源迫在眉睫。然而，对于可再生能源，间歇性问题，尤其是风能和太阳能限制了其在生活和工业上的使用。所以开发出可以解决间歇性问题的储能材料是十分重要的。

相变储能材料，又称潜热储能材料，是指利用储能材料在相变过程中吸收或释放大量的能量，从而储存能量的一种材料[5]。相变材料具有体积小，造价低廉，储能密度大，节能效果明显，相变温度范围宽等优点[6]。相变材料被广泛应用于环境温度控制，废热和余热回收，太阳能储存，电力峰谷调节等方面，在工业与民用领域扮演着重要的角色[7]。

相变储能材料分为有机和无机[8]。无机相变材料有无机盐，结晶水合物，氢氧化物。无机相变材料有温度宽，导热系数大，形态稳定等优点，但存在过冷，相分离等缺点[9]。有机相变材料包括脂肪酸，脂肪 ，石蜡等，其腐蚀性小，潜热高，成本低，不存在过冷和相分离等问题，但其导热性差，易泄露。由于其循环性能好，被认为具有较好的应用前景。

有机相变材料从固态向液态转变时，要经历物理状态的变化。在这两相变过程中，液化的有机物易流动泄露，导致储能性能恶化，还存在环境污染、封装价格高、腐蚀性问题等缺陷。同时这种材料导热性相对较低，所以有必要通过和其他材料复合，将有机相变材料与基底材料复合，相变材料因与基底材料之间形成范德华作用、静电作用、氢键作用等而被固定，从而解决泄露问题并提高其综合性能[10]。

蒙脱石是一种层状硅酸盐，其特征就是层状结构。其晶体结构是由两层硅氧（Si-O）四面体夹一层铝氧八面体（Al-（0，OH））组成[11]。层与层之间以范德华力和静电作用连接。蒙脱石层间含有Na 和Mg2 等阳离子。蒙脱石层间的阳离子在水溶液中会发生水化并增大层间距，在通过强烈的超声作下，就能使蒙脱石剥离成单层的二维的蒙脱石纳米片。[12]与其他二维材料相比，二维蒙脱石片成本低，制备周期短，工艺简单。

利用蒙脱石制备相变材料已经有很多文献报道。(Wang, Zheng, Feng, amp; Zhang, 2012) [13]利用熔融浸渍法制备改性蒙脱石—硬脂酸复合相变材料，硬脂酸质量百分比为47.5%，潜热为84.4J/g，经过六百次热循环后性质仍稳定；Nihal Sarier[14] 通过将正十六烷插层到有机改性的蒙脱石中制备成相变复合材料，正十六烷质量百分比为60%，潜热为126J/g;(Yi et al., 2019)[15]通过改性蒙脱石和改性硬脂酸的静电自组装形成壳核结构的相变材料，含有的硬脂酸的质量分数高达80%以上，而且潜热高达184.44J/g;相比于之前的有机相变材料插层蒙脱石，其热性质和稳定性非常优越。然而对于利用蒙脱石制备三维网状结构的复合相变材料的文献还从未报道过。

本课题拟利用蒙脱石层状矿物可剥离的结构特点，将其剥离成二维蒙脱石纳米片，制备全新概念的三维网状蒙脱石/硬脂酸复合相变材料，应用于相变储存热能，不但可有效解决相变材料的泄露、相分离以及腐蚀性等问题，还能极大的增加相变材料的负载量，从而提高复合材料的潜热量，导热系数也会因为蒙脱石而增加。因此，利用二维蒙脱石制备三维网状蒙脱石/硬脂酸复合相变材料具有远大的应用前景

二、 研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施研究目标：

揭示三维网状蒙脱石/硬脂酸复合相变材料形成的本质规律，以此制备出全新概念的三维网状蒙脱石/硬脂酸复合相变材料，通过大幅提高对相变材料的负载容量来提高相变储热容量，实现热能的高效利用。

研究目标如下：

① 制备三维网状蒙脱石；

② 通过负载硬脂酸制备三维网状蒙脱石/硬脂酸复合相变材料基本的研究内容：

（1）二维蒙脱石的制备，对原料进行物相、化学成分、物理性质和化学性质分析，通过超声波和高强度机械剪切作用将蒙脱石剥离成单片层，利用原子力显微镜测定蒙脱石纳米片的厚度；

（2）三维网状蒙脱石材料的制备，基于研究内容（1）的结果，考察蒙脱石纳米片厚度分布、片径尺寸对三维蒙脱石材料的影响机制，研究不同工艺条件（反应温度、反应时间，反应转速，反应物质量比等）对三维蒙脱石材料结构性能的影响；

（3）制备复合硬脂酸的三维网状蒙脱石的复合相变材料，利用真空浸渍法将硬脂酸与三维网状蒙脱石材料复合。

（4）三维网状结构复合相变材料的性能表征，对三维网状蒙脱石复合相变材料的结构进行表征，热性质进行表征，光热转换性质进行表征。

三、拟采用的技术方案和措施：

（1）对原料的表征；对蒙脱石样品进行表征，包括物相分析、化学成分、物理性质（粒度分布等）

（2）三维网状蒙脱石/硬脂酸复合相变材料的制备，先将蒙脱石制备成二维蒙脱石片，然后在用壳聚糖处理制备三维网状蒙脱石，通过真空浸渍复合硬脂酸制备三维网状蒙脱石复合相变材料。

（3）三维网状蒙脱石复合相变材料的表征，通过SEM对复合材料进行形貌分析，利用IR,XRD研究蒙脱石与相变材料的作用关系，利用DSC,TG研究复合材料的热性质，利用红外热像仪研究复合材料的光热转换性质。

[1] Nazir, H., Batool, M., Bolivar Osorio, F. J., Isaza-Ruiz, M., Xu, X., Vignarooban, K., … Kannan, A. M. (2019). Recent developments in phase change materials for energy storage applications: A review. International Journal of Heat and Mass Transfer, 129, 491–523.

[2]Zhao, C. Y., amp; Zhang, G. H. (2011). Review on microencapsulated phase change materials (MEPCMs): Fabrication, characterization and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(8), 3813–3832.

[3]Zhou, D., Zhao, C. Y., amp; Tian, Y. (2012). Review on thermal energy storage with phase change materials (PCMs) in building applications. Applied Energy, 92, 593–605.

[4]Wani, C., amp; Kumar Loharkar, P. (2017). A Review of Phase Change Materials as an Alternative for Solar Thermal Energy Storage. Materials Today: Proceedings, 4(9), 10264–10267. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.06.361

[5]Sarier, N., Onder, E., Ozay, S., amp; Ozkilic, Y. (2011). Preparation of phase change material-montmorillonite composites suitable for thermal energy storage. Thermochimica Acta, 524(1–2), 39–46.

[6] Deng, Y., Li, J., Qian, T., Guan, W., Li, Y., amp; Yin, X. (2016). Thermal conductivity enhancement of polyethylene glycol/expanded vermiculite shape-stabilized composite phase change materials with silver nanowire for thermal energy storage. Chemical Engineering Journal, 295, 427–435.

[7] Cordobilla, R., Bayés-García, L., Calvet, T., Ventolà, L., Benages, R., amp; Cuevas-Diarte, M. A. (2010). Phase Change Materials (PCM) microcapsules with different shell compositions: Preparation, characterization and thermal stability. Solar Energy Materials and Solar Cells, 94(7), 1235–1240.

[8]Zhao, C. Y., amp; Zhang, G. H. (2011). Review on microencapsulated phase change materials (MEPCMs): Fabrication, characterization and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(8), 3813–3832.

[9] Lin, Y., Jia, Y., Alva, G., amp; Fang, G. (2018). Review on thermal conductivity enhancement, thermal properties and applications of phase change materials in thermal energy storage. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82(September 2017), 2730–2742.

[10] P. Lv, C. Liu, Z. Rao, Review on clay mineral-based form-stable phase change materials: Preparation, characterization and applications, Renew. Sustain. Energy Rev. 68 (2017) 707–726.

[11]Zhu, R., Chen, Q., Zhou, Q., Xi, Y., Zhu, J., amp; He, H. (2016). Adsorbents based on montmorillonite for contaminant removal from water: A review. Applied Clay Science, 123, 239–258.

[12] Chen, T., Zhao, Y., amp; Song, S. (2017). Correlation of electrophoretic mobility with exfoliation of montmorillonite platelets in aqueous solutions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 525(May), 1–6.

[13] Wang, Y., Zheng, H., Feng, H. X., amp; Zhang, D. Y. (2012). Effect of preparation methods on the structure and thermal properties of stearic acid/activated montmorillonite phase change materials. Energy and Buildings, 47, 467–473.

[14] Sarier, N., Onder, E., Ozay, S., amp; Ozkilic, Y. (2011). Preparation of phase change material-montmorillonite composites suitable for thermal energy storage. Thermochimica Acta, 524(1–2), 39–46.

[15]Yi, H., Zhan, W., Zhao, Y., Qu, S., Wang, W., Chen, P., amp; Song, S. (2019). A novel core-shell structural montmorillonite nanosheets/stearic acid composite PCM for great promotion of thermal energy storage properties. Solar Energy Materials and Solar Cells, 192(September 2018), 57–64.