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多孔材料具有大量的孔隙结构和大比表面积的特征。利用多孔材料对固-液相变储热材料进行封装处理,制备成定形复合相变储热材料,可以解决固-液相变材料易泄漏的问题,同时也可以提高其热传导能力。为此,本文制备了多孔凹凸棒、烟灰炭气凝胶和聚二甲基硅氧烷改性烟灰炭-泡沫镍三种多孔材料,并以它们为载体材料,硬脂酸(SA)、棕榈酸(PA)、肉豆蔻酸(MA)等脂肪酸为固-液相变物质,采用真空熔融浸渍法制备多种多孔复合相变材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)等方法对制备的多孔材料和复合相变材料进行测试和表征,研究了多孔材料的孔隙特征和复合相变材料的储热性能。 第一部分:利用聚丙烯酰胺水凝胶作为分散系,在其聚合过程中将凹凸棒超细粉末分散其中,通过热解处理后,得到具有相互联接的三维网络结构的凹凸棒。它的平均孔径为13.3 nm,比表面积为65 m2 g-1,孔体积为0.218 cm3 g-1,而且孔壁多由凹凸棒纳米棒晶构成的薄层组成。在真空条件下,多孔凹凸棒吸附熔融的硬脂酸等脂肪酸制得稳定的脂肪酸/多孔凹凸棒复合相变材料。结果显示:脂肪酸主要附载在多孔凹凸棒的较小孔隙内。这些复合相变材料的相变潜热介于72.57 J g-1~82.36 J g-1之间,具有较高的储热能力。而且这些复合相变材料在150℃内没有泄漏,具有良好的热稳定性。这些复合相变材料的导热系数为0.379 W m-1 K-1~0.422 W m-1 K-1,从而改善了脂肪酸的导热能力。结果表明所制备的脂肪酸/多孔凹凸棒复合相变储热材料具有潜在的良好应用前景。 第二部分:利用烟灰炭制备了一种较低密度的多孔烟灰炭气凝胶。分析表明它是由大量孔径为25~60 nm的烟灰炭颗粒构成的大团聚体组成。多孔烟灰炭具有介孔性质,并且平均孔径为15.3 nm。由于这种多孔烟灰炭具有较高的 BET比表面积(85 m2 g-1)和孔体积(0.324 cm3 g-1),棕榈酸等脂肪酸很容易被吸附进入多孔烟灰炭内,形成稳定的脂肪酸/多孔烟灰炭复合相变材料。这些复合相变材料的熔融相变潜热介于83.42 J g-1~99.63 J g-1之间,结晶相变潜热介于71.64 J g-1~99.33 J g-1之间,甚至棕榈酸/多孔烟灰炭在进行300次冷热循环实验后,它的熔融相变潜热和结晶相变潜热分别为84.73 J g-1和86.24 J g-1,潜热损失少,表明复合相变材料具有较高的相变潜热和良好的循环利用能力。与脂肪酸的导热系数相比,这些复合相变材料的导热系数更高(0.360 W m-1 K-1~0.441 W m-1 K-1),表明多孔烟灰炭载体强化了脂肪酸的导热性能。这些结果表明脂肪酸/多孔烟灰炭复合相变储热材料很有可能成为传统固-液相变材料的一个理想的替代者。 第三部分:采用浸涂法和气相沉积技术对泡沫镍进行修饰和改性处理,制备得到具有超疏水/超亲油表面的烟灰炭附载泡沫镍材料(PDMS-CS-NF)。材料与水、油的接触角分别是158°和0°。以这种修饰改性后的泡沫镍材料为多孔载体,肉豆蔻酸等脂肪酸为相变物质,制备出了稳定的固-固形态的脂肪酸/PDMS-CS-NF复合相变材料。通过扫描电镜可以看出炭层颗粒表面被肉豆蔻酸包覆,材料网格表面变得光滑平整,结构变得紧密均匀。肉豆蔻酸/PDMS-CS-NF复合相变材料的熔融相变焓为67.35 J g-1,结晶相变焓为62.36 J g-1,具有较高的储热能力。此外,这种复合相变材料在150℃内复合相变材料没有泄漏,表现出良好的热稳定性。结果表明通过烟灰炭附载处理和硅烷偶联剂改性处理,提高了泡沫镍的储热性能。