癸酸/膨胀蛭石复合材料的相变动力学研究及机理函数推断开题报告
2021-03-23 23:10:15
1. 研究目的与意义（文献综述）
相变材料(phase changematerials, pcm)是利用相态改变时吸/放热的特性实现能量存储/释放的一种新型功能材料, 具有相变潜热高、化学性质稳定等特点。相变材料利用本身的相变调控体系热量, 达到温度控制、节能保温等目的, 在电池热管理、建筑节能、航空航天、通讯、电力等领域应用广泛[1-3]。如何对其性能进行有效的改善和利用, 已成为能源和材料领域的研究热点[4]。
对于相变材料的制备及其在建筑节能方面的应用，人们研究的焦点在于怎样利用相变储能理论与技术创造出舒适、卫生、节能的建筑环境。相变过程可能很快发生，也可能很慢，这属于相变动力学研究的范畴。因此，对相变储能动力学理论的研究不仅具有很高学术价值，还会产生显著的经济效益和社会效益[5]。
张磊等采用真空吸附法制备硬脂酸(sa)/膨胀石墨(eg)复合相变储热材料,利用差示量热扫描法(dsc)研究sa及sa/eg复合材料的非等温熔化和结晶过程动力学。运用kissinger和ozawa两种动力学数据处理方法对样品的非等温熔化dsc曲线进行处理,应用mo法分析各样品的非等温结晶动力学特性[6]。
2. 研究的基本内容与方案
| 2.1基本内容： （1）采用毛细吸附法制备不同质量配比的癸酸-膨胀蛭石相变复合材料。 （2）通过XRD/SEM测试方法表征癸酸膨胀蛭石相变复合材料的组成、形貌。通过改变升温速率及组分，对复合材料进行DSC测试，得到不同条件下的热力学参数。 （3）利用Kissinger方程、Ozawa积分法计算其热力学方程和 Coats-Redfern 积分方程外推法，结合DSC检测数据，对相变进行相变机理函数的推断，确定其最概然函数。 2.2研究目标： （1）掌握有机酸/膨胀蛭石相变复合材料的制备方法，通过不同的吸附温度和吸附条件确定复合材料的最大吸附量，并对其进行形貌、结构和热力学表征。 （2）熟练在不同升温速率下，对不同组分的相变复合材料进行DSC测试，记录相变材料的热力学参数，并学习推导内在联系。 （3）学习热力学方程的积分及外推方法，利用测得的热力学参数，尝试推导相变材料的热力学公式。 2.3技术方案： （1） 复合相变材料的制备 以癸酸为相变材料，膨胀蛭石为基质材料，确定癸酸在膨胀蛭石中最大吸附量，设计其不同成分配比，采用毛细吸附法制备癸酸膨胀蛭石复合相变材料。 （2）性能表征 通过XRD/SEM对所得的癸酸膨胀蛭石相变复合材料的组成、形貌进行表征。 （3）通过对癸酸膨胀蛭石相变复合材料进行不同升温速率的DSC分析，表征其热物性能。升温速率β分别为2℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min和15℃/min，升温范围为-10～90℃，采用氮气气氛。 （4）通过Kissinger方程和Ozawa积分法计算其热力学方程，利用 Coats-Redfern 积分方程采用外推法对相变进行相变机理函数的推断，确定其最概然函数。 Kissinger方程： Ozawa积分法： Coats-Redfern积分方程: 其中为加热速率，为反应机理函数的积分形式，T为相变峰温，A为表观指前因子，R为气体常数，E为表观活化能。
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3. 研究计划与安排
第1-2周 文献调研，完成英文文献翻译，完成开题报告。
第3-4周 设计研究方案，确定切实可行的实验技术路线，了解相关的结构和性能的测试方法；
第5-8周 癸酸/膨胀蛭石基复合相变储热材料的制备；
4. 参考文献（12篇以上）
| [1] Cheralathan M,Velraj R, Renganarayanan S. Heat transfer and parametric studies of anencapsulated phase change material based cool thermal energy storagesystem[J]. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A, 2006, 7(11):1886-1895. [2] Ho C J, Gao J Y. Preparation and thermophysicalproperties of nanoparticle-in-paraffin emulsion as phase change material ☆[J]. International Communications in Heat amp; MassTransfer, 2009, 36(5):467-470. [3] #350;eyma #304;nce, Seki Y, Ezan M A, et al. Thermalproperties of myristic acid/graphite nanoplates composite phase changematerials[J]. Renewable Energy, 2015, 75(75):243-248. [4] 李云涛，晏华，汪宏涛，王群. 膨胀石墨硬脂酸复合相变材料的相变动力学[J]. 材料研究学报,2016,30(12):921-930，1005-3093. [5] 张妮. 复合相变蓄热材料的制备、相变动力学研究及在建筑材料中的应用[D]. 华南理工大学, 2012. [6] 周卫兵, 张磊, 朱教群,等. 硬脂酸/膨胀石墨复合相变储热的动力学研究[J]. 武汉理工大学学报, 2012, 34(7):9-13. [7] 刘燕, 蒋晓曙, 陆雷. 癸酸/膨胀珍珠岩复合相变储能材料的制备及性能研究[J]. 材料导报, 2011(S1):315-318. [8] 张正国, 邵刚, 方晓明. 石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的研究[J]. 太阳能学报, 2005, 26(5):98-102. [9] 李云涛，晏华，汪宏涛，王群. 膨胀石墨硬脂酸复合相变材料的相变动力学[J]. 材料研究学报,2016,30(12):921-930，1005-3093. [10] 张妮. 复合相变蓄热材料的制备、相变动力学研究及在建筑材料中的应用[D]. 华南理工大学, 2012. [11] Shang J L,Zhang H, Xiong L, et al. Optimized preparation of decanoic-palmitic acid/SiO2composite phase change materials based on uniform design[J]. 材料工程, 2015,43(9):94-102. [12] Qisheng W U,Ying Q, Shuiping L I, et al. Study of Capric Acid and Hexadecanol/ExpandedGraphite Composite as Phase Change Material for Thermal Energy Storage[J].Journal of Building Materials, 2014, 17(1):84-88. [13] 胡光锁. 蛭石膨胀机理及膨胀蛭石性质的研究[D]. 北京工商大学, 2006. [14] 苗朝, 彭同江. 微波法制备膨胀蛭石的试验研究[J]. 非金属矿, 2010, 33(3):12-15. [15] Karaipekli A, Sar#305; A.Capric–myristic acid/expanded perlite composite as form-stable phase changematerial for latent heat thermal energy storage[J]. Renewable Energy, 2008,33(12):2599-2605.
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