【摘 要】
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目前固-液相变材料因其潜热大、相变温度可控、致密性好等优点被广泛应用于建筑、太阳能、空调系统、纺织、散热等领域。但是固-液相变材料在相转变过程中存在易渗漏和热导率低的问题,限制了其在蓄热方面的实际应用。本文选取石蜡为相变材料,采用二氧化硅壳体包覆石蜡再与高分子基体封装,降低其渗漏率。通过添加高热导率的石墨烯纳米片（GNPs）提高相变复合材料的热导率。最后再采用数值模拟方法预测复合PCMs在电子元器
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目前固-液相变材料因其潜热大、相变温度可控、致密性好等优点被广泛应用于建筑、太阳能、空调系统、纺织、散热等领域。但是固-液相变材料在相转变过程中存在易渗漏和热导率低的问题,限制了其在蓄热方面的实际应用。本文选取石蜡为相变材料,采用二氧化硅壳体包覆石蜡再与高分子基体封装,降低其渗漏率。通过添加高热导率的石墨烯纳米片（GNPs）提高相变复合材料的热导率。最后再采用数值模拟方法预测复合PCMs在电子元器件散热应用中的传热情况。本论文主要内容包括:（1）采用溶液共混和熔融共混的方法制备了SR/Pn@SiO2/GNPs定形相变材料。分别探究了Pn@SiO2含量和GNPs含量对材料性能的影响。通过断面SEM图可知,Pn@SiO2和GNPs被SR基体完整包覆,均匀分布在SR基体中,且二维片状GNPs未发生卷曲。这是SR/Pn@SiO2/GNPs相变复合材料导热性能和力学性能良好的先决条件。在探究GNPs含量对复合材料（SPG）性能影响中,SPG的热导率与GNPs含量呈正比。SPG相变复合材料的热导率与GNPs基复合材料的有效导热系数的理论模型相吻合。在探究Pn@SiO2含量对复合材料（SGP）性能影响中,SGP的焓值可根据Pn@SiO2含量进行调节,制备的SGP相变复合材料焓值在25.6～78.49 J·g-1。由于焓值可调,SGP复合材料在热能储存/释放分析中展现出不同的温度调节能力。两者在渗漏率测试中,都表现出优异的防渗漏性能,最高渗漏率不超过0.6%。SR/Pn@SiO2/GNPs相变复合材料的硬度随温度升高而降低,在80℃时硬度稳定在20左右。（2）利用流体动力学软件研究了SR/Pn@SiO2/GNPs相变复合材料在电子元器件散热领域的应用。讨论了GNPs和Pn@SiO2含量的变化对SR/Pn@SiO2/GNPs相变复合材料散热的影响。温度和固-液界面云图直观的反映了SR/Pn@SiO2/GNPs相变复合材料的传热方式、相变状态、对铜片的控温效果及传热速率的快慢。模拟结果表明,相变复合材料在熔化过程的传热方式仍由热传导主导。增加GNPs的含量可以提高相变复合材料的热导率,提高样品的传热速率,将热量由铜片快速传递到散热器中进行散热,因此铜片与环境的温差较小。而增加Pn@SiO2含量抵抗高密度热流冲击,延长铜片达到高温的时间,能够起到对铜片温度调控的作用。总的来说,GNPs和Pn@SiO2都能提升SR/Pn@SiO2/GNPs复合材料的热性能,GNPs是从热导率方面改善,即传热快慢,Pn@SiO2是利用储能的方式吸收热量以延长铜片达到高温的时间。
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