一种新型复合定形相变储能材料的研究

摘要

由于能源的短缺，能源的供应和需求在很多情况下存在矛盾。利用热能存储技术来解决这一矛盾，是目前提高能源利用率和保护环境的一个重要途径。 相变储能因其较高的储能密度、相变过程近似恒温等优点正成为储能技术领域的研究热点。现有的固—固、固—液相变储能材料存在很多缺点，如固—固相变储能材料中多元醇类的塑晶现象，固—液相变储能材料中无机类的过冷及相分离现象等。为克服这些缺点，近年来储热材料的研究重点转移到定形相变材料上来。即选择一种熔点较高的材料为基体，将相变材料分散其中，构成复合相变储能材料。由于基体材料的支撑作用，在发生相变时，虽然相变材料由固态转变为液态，但整个复合材料仍然维持原来的固态。本文针对这一问题，提出将有机相变材料与熔点高的无机物进行纳米复合的创新办法，成功地将有机相变材料嵌入到二氧化硅纳米空间内，制备出复合定形相变储能材料。 本文以正硅酸乙酯、无水乙醇、水、乙酰胺等为原料，采用溶胶—凝胶法制备了复合定形相变储热材料。通过IR、X射线衍射、DSC、透射电镜等表征手段对复合材料进行表征。结果显示：溶胶—凝胶法简单，反应过程易于控制，制备的样品均匀度、纯度高，可以得到纳米尺度的复合材料。该复合材料是三维多孔纳米材料，其储热能力大于原相变材料，储热速率快，相变温度低，有效提高了能量的利用率。乙酰胺含量为30.1％的复合材料其相变潜热高达176.4J/g，而相变温度仅为28.8℃。该复合材料稳定性好，，体积膨胀率极低，最大体积膨胀率仅为0.017％，同时克服了乙酰胺易吸潮的缺点，有很好的实用价值。 本文还探讨了各种实验条件对产品的影响，并从理论上进行分析。以实验数据与理论研究为依据，得到本实验的最佳操作条件。

目录

文摘

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第一章前言

1.1引言

1.2国内外研究历史及现状

1.2.1储能技术概述

1.2.2相变储能材料的研究现状

1.3相变材料的性能要求

1.4相变材料分类

1.4.1固—固相变储能材料

1.4.2固—液相变储能材料

1.4.3复合定形相变储能材料

1.5相变储能材料的主要应用领域

1.5.1太阳能、地热能利用及工业废热和余热的回收利用

1.5.2建筑节能领域

1.5.3电力系统的“削峰填谷”

1.6本课题的提出及研究内容

1.6.1研究背景

1.6.2本文研究内容

第二章纳米复合材料的研究进展及制备方法

2.1引言

2.2纳米结构单元

2.2.1团簇

2.2.2纳米微粒

2.2.3人造原子

2.3纳米材料及其特殊性质

2.3.1表面效应

2.3.2小尺寸效应

2.3.3量子尺寸效应

2.3.4宏观量子隧道效应

2.4有机—无机纳米复合材料的制备方法

2.4.1溶胶—凝胶(Sol-Gel)法

2.4.2聚合物网眼限域复合法

2.4.3 LB膜技术

2.4.4纳米微粒直接分散法

2.5溶胶—凝胶法

2.4.1溶胶—凝胶法基本原理

2.4.2溶胶—凝胶工艺过程

第三章复合材料基体的制备及表征

3.1实验原理

3.2技术路线

3.3基体二氧化硅的制备

3.3.1实验装置

3.3.2实验原料

3.3.3实验步骤

3.4实验结果与表征

3.4.1干凝胶的表征

3.4.2结果表征

3.5结果讨论

3.5.1催化剂的影响

3.5.2加水量的影响

3.5.3溶剂的影响

3.5.4温度的影响

3.5.5搅拌速率的影响

3.6本章小结

第四章复合相变材料的制备与研究

4.1实验部分

4.1.1实验原理

4.1.2化学试剂

4.1.3实验仪器

4.1.4实验步骤

4.2复合材料的表征

4.2.1 X射线分析

4.2.2 IR分析

4.2.3 SEM表征

4.2.4 DSC分析

4.2.5体积膨胀率测定

4.2.6密度测定

4.2.7储放热性能测试

4.3结果与讨论

4.3.1相变材料的影响

4.3.2催化剂的影响

4.3.3溶剂影响

4.3.4温度的影响

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文