摘要：相变储能材料包括有机相变储能材料和无机相变储能材料。与无机相变材料相比,有机相变储能材料具有化学稳定性较好、相变温度适中、无相分离、便宜等优点。然而,有机相变材料导热系数较低,致使其在储能系统的运用中传热性能差,以而降低了系统的效能。为充分利用有机材料的优点,改善其导热性能。本论文制备了含高导热无机纳米颗粒的复合相变储能材料,并探讨添加材料的形态、尺寸等因素对复合相变储能材料导热系数等热性质的影响,进行复合物传热机理的初步探讨。主要包括以下内容：首先,探讨了近似球形的纳米金属氧化物颗粒对复合物热物理性质的影响。本论文制备了含ZnO、γ-Al2O3及γ-Fe2O3等金属氧化物纳米颗粒的复合物。其中纳米粒子的尺寸为10-50nm,其在基体石蜡(PW)中的分散性较相应微米级大颗粒分散效果好。用DSC浅析了复合物的相变焓,结果表明γ-Al2O3/PW和γ-Fe2O3/PW的融化焓均较纯PW有所降低,并随金属氧化物纳米颗粒含量的增加而逐渐降低。含量为5.0wt%的γ-Al2O3/PW和γ-Fe2O3/PW的融化焓分别降至135.1和133.4kJ/kg。而ZnO/PW在浓度较低时,融化焓较纯PW高。但当ZnO纳米颗粒含量达5.0wt%时,其融化焓约达137kJ/kg,也较纯PW的融化焓142.2kJ/kg低。对复合物的导热系数的浅析表明,添加纳米金属氧化物颗粒能够提升复合物的导热系数。但温度及添加物含量相同时,含不同种类纳米颗粒的复合物导热系数不同。当添加物含量为1.0wt%,在15℃时γ-Al2O3/PW、 γ-Fe2O3/PW和ZnO/PW的导热系数分别为0.23、0.25及0.26W/(m·K)。其次,探讨了含碳纳米管(CNTs)复合物热性质的影响因素。本论文通过对CNTs用强酸进行氧化在其表面引入羧基；通过碱处理在CNTs表面引入羟基；采取球磨策略将CNTs截断,转变其长径比；通过接枝在CNTs表面引入有机长链,这四种处理策略分别得到A-CNTs、M-CNTs、B-CNTs和G-CNTs。将处理后的各种CNTs制得纳米复合相变储能材料。对复合物的相容性浅析表明A-CNTs、M-CNTs和G-CNTs在PA中的分散性较B-CNT优。对复合物导热系数进行测量的结果表明,各种处理策略所得CNTs形成的复合物的导热系数均随CNTs含量升高而升高。当CNTs含量相同时,复合物导热系数的提升与CNTs的处理策略有关。当CNTs含量为1.0wt%时,除G-CNT/PA外,其它复合物在固态的导热系数提升值较其液态的导热系数提升得多。在固态时复合物的导热系数的顺序是M-CNT/PAA-CNT/PAB-CNT/PAP-CNT/PA G-CNT/PA,而在液态时这一顺序则变成M-CNT/PAA-CNT/PAG-CNT/PAB-CNT/PAP-CNT/PA,即M-CNT/PA在所有测试温度的导热系数的是所探讨各复合物中最高的,在25℃时其导热系数达0.339W/(m·K),较基体PA的导热系数提升51.6%。将其与部分现有论述模型计算结果相比发现该值高于现有论述模型计算结果。再次,探讨了具有片状结构的石墨类添加物对复合物热性能的影响。探讨结果表明,纳米石墨片(GNPs)的厚度约为10nm。所得复合物GNP/PA与含鳞片石墨的FG/PA和含膨胀石墨的EG/PA相比具有较好的稳定性。热浅析结果表明,FG/PA和EG/PA的相变温度及相变焓有随添加物含量递增而递降的走势。对复合物导热系数的探讨表明,在添加物含量相同时GNP/PA的导热系数优于另外两种复合物。对GNP/PA的导热系数随添加物含量变化进行浅析时发现复合物的导热系数与含量间并非简单的线性联系。GNP/PA在浓度为1.0wt%时出现逾渗现象。当GNPs含量高于1.0wt%低于5.0wt%时,复合物的导热系数显著提升,当GNPs含量超过5.0wt%时,复合物的导热系数随GNPs含量增加而提升的速度加速。当复合物中GNPs含量达10wt%时,固态导热系数超过1.0W/(m·K).最后,采取第一性原理和分子动力学策略对CNT结构、前线轨道、能带及声子谱等进行了计算,浅析了管径尺寸、管长、温度等因素对CNT热性能的影响。设计了含CNT复合物导热模型,并计算了相关模型的导热系数。结果表明,在298K时CNT的导热系数随CNT长度的递增呈现递增走势,且当管长度超过20nm后导热系数增加显著。随机分布模型计算结果表明,修饰对CNT含CNTs复合物导热系数有一定的影响,端基接羧基有利于提升含CNT复合物的导热系数；纵向导热模型计算结果与实验值符合较好。关键词：相变材料论文复合物论文储能论文无机纳米颗粒论文热性质论文
摘要5-7
Abstract7-13
第一章 绪论13-32
1.1 储能材料及种类13-20
1.1.1 常见的储能方式13-14
1.1.2 相变储能材料的分类14-15
1.1.3 典型的相变储能材料15-20
1.2 相变储能材料的探讨近况20-27
1.2.1 相变储能材料的稳定性20-21
1.2.2 相变储能材料的强化传热探讨21-25
1.2.3 相变储能材料的相关论述探讨25-27
1.3 相变储能材料的运用27-29
1.4 课题的提出29-32
1.4.1 目前有着的科学不足29-30
1.4.2 本课题的内容及作用30-32
第二章 含金属氧化物纳米颗粒复合相变储能材料的探讨32-47
2.1 前言32
2.2 实验部分32-34
2.2.1 实验原料32-33
2.2.2 含金属氧化物颗粒复合物的制备33
2.2.3 实验仪器33
2.2.4 测试策略33-34
2.3 结果与讨论34-45
2.3.1 金属氧化物纳米颗粒的微结构和红外浅析34-36
2.3.2 含金属氧化物纳米颗粒复合物的相容性36-39
2.3.3 含金属氧化物纳米颗粒复合物的相变焓39-40
2.3.4 含金属氧化物纳米颗粒复合物的导热系数40-45
2.4 本章小结45-47
第三章 含碳纳米管复合相变储能材料的探讨47-83
3.1 前言47
3.2 实验部分47-51
3.2.1 实验原料47-48
3.2.2 实验仪器48
3.2.3 材料制备48-50
3.2.4 测试策略50-51
3.3 结果与讨论51-81
3.3.1 碳纳米管的表征51-60
3.3.2 含碳纳米管复合物相容性60-62
3.3.3 含碳纳米管复合物相变温度及相变焓62-65
3.3.4 含碳纳米管复合物导热系数的探讨65-80
3.3.5 复合物导热系数测试结果与现有论述模型计算结果比较80-81
3.4 本章小结81-83
第四章 含纳米石墨片复合相变储能材料的探讨83-103
4.1 前言83
4.2 实验部分83-85
4.2.1 实验原料83
4.2.2 实验仪器83-84
4.2.3 材料制备84
4.2.4 材料的表征84-85
4.3 结果与讨论85-101
4.3.1 纳米石墨片的微结构85-86
4.3.2 石墨片的红外浅析86-87
4.3.3 含石墨片复合物的相容性87-88
4.3.4 含石墨片复合物的DSC浅析88-92
4.3.5 含石墨片复合物导热系数探讨92-101
4.4 本章小结101-103
第五章 含碳纳米管复合相变储能材料的论述探讨103-118
5.1 前言103-104
5.2 CNTs的模拟104-112
5.2.1 基本论述和计算策略104-105
5.2.2 CNT的电子结构105-108
5.2.3 CNT声子谱及相关热力学性质模拟108-111
5.2.4 CNT的导热系数的模拟111-112
5.3 含CNTs复合物的模拟112-115
5.3.1 基本论述和计算策略112-114
5.3.2 复合物模型设计114-115
5.4 复合物导热系数模拟115-117
5.4.1 随机模型115
5.4.2 纵向导热模型115-117
5.5 本章小结117-118
第六章 结论和展望118-121
6.1 结论118-119
6.2 进一步工作倡议119-121
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