本書共8章。第1章緒論,概述了儲熱、相變儲熱材料的分類及應用、定形相變材料和復合相變材料的熱導率;第2章多孔基體對PEG基定形相變材料的影響,介紹多孔基體的材質和孔結構對定形相變材料定形性、結晶性、相變行為和熱性能的影響規(guī)律及機制;第3章PEG/多孔碳定形復合相變材料,介紹活性炭、泡沫炭、氮化碳3種基體對PEG基定形相變材料結構和熱性能的影響;第4章PEG/GO定形復合相變材料,介紹3種具有不同界面性質的定形復合相變材料中,石墨烯氧化物(GO)、羧基化石墨烯氧化物(GO-COOH)和還原石墨烯氧化物(rGO)基體與PEG相變材料之間化學和非化學界面作用對PEG相變行為和熱性能的影響及作用機制;第5章PEG/MWCNT定形相變材料,介紹本征MWCNT和不同官能團(羥基、氨基、羧基)修飾多MWCNT基體對定形相變材料中PEG相變行為、儲-放熱性能和熱傳導的影響及作用機制;第6章PEG/礦物材料定形相變材料,介紹硅藻土和蒙脫土兩種礦物材料對定形相變材料結構和熱性能(儲-放熱、熱穩(wěn)定性、熱循環(huán)性)的影響;第7章PEG/SiO2凝膠定形相變材料,介紹SiO2骨架對定形相變材料結晶性和熱力學性質的限域效應和相變模型;第8章正二十烷@SiO2微膠囊定形相變材料,介紹合成的微膠囊相變材料的微納結構特征,以及rGO對微膠囊相變材料熱導率和微膠囊形成過程的影響。
能源是人類賴以生存的基礎。能源危機以來,為了解決礦物能源的枯竭以及伴隨而來的
環(huán)境污染等問題,人們開始注重提高能源使用效率并致力于開發(fā)可再生能源,儲能技術應運
而生。儲能技術可以解決能源供給和需求在時間和空間上不匹配的矛盾,從而提高能源利用
效率。儲熱是提高能源利用效率的重要方法之一。儲熱是一種重要的儲能方式,它通過材料
內能的改變實現(xiàn)熱量的存儲與釋放。儲熱包括顯熱存儲、熱化學儲能和潛熱存儲 (相變儲
熱),其中相變潛熱儲能是近年來的研究熱點,它利用材料在相變時吸熱或放熱來儲能或釋
能,這種材料不僅能量密度較高,而且所用裝置簡單、體積小、設計靈活、使用方便且易于
管理。另外,這類材料通過相變儲熱或放熱的過程幾乎是在近于恒溫的條件下進行的。因此
相變材料可以調整、控制工作熱源或材料周圍環(huán)境的溫度,也可以減輕能源的供給與需求之
間在時間、空間和速度上的不匹配程度。由于潛熱儲能的上述優(yōu)勢使得潛熱儲能成為最具有
實際發(fā)展前途,也是目前應用最多和最重要的儲能方式。
定形相變儲熱材料是近年來國內外在能源利用和材料科學方面研發(fā)十分活躍的領域。這
類材料為復合材料,一般由固 -液相變材料和基體材料構成,相變材料是復合材料中執(zhí)行相
變儲能的功能體,基體材料是相變材料的載體。在相變過程中,相變材料發(fā)生相變,實現(xiàn)儲
熱和放熱;而基體材料限制了液體相變材料的流動,阻止了液體滲漏,使得復合材料在相變過程中保持為宏觀上的固體形態(tài),其相變性質介于固 -固相變材料和固 -液相變材料之間。定形相變材料利用基體材料和相變材料協(xié)同增強、優(yōu)勢互補,能夠實現(xiàn)限域效應作用下的溫度調節(jié)儲熱 -控熱,同時具有固 -液相變材料儲能密度大和固 -固相變材料無液體滲漏的優(yōu)點。本書系統(tǒng)地總結了作者在定形相變儲熱材料方面的研究工作,共有 8章內容。
第 1章概括介紹了相變儲熱材料的分類及應用、定形相變材料的制備方法、三種常見的定形相變材料以及復合相變材料的熱導率;第 2章介紹了多孔基體的材質和孔結構對定形相變材料的影響;第 3~7章介紹物理共混浸漬法制備的 PEG基定形相變材料,基體材料涉及多孔炭 (活性炭、泡沫炭、氮化碳,見第 3章)、石墨烯氧化物 (GO、GO-COOH、rGO,見第 4章)、MWCNT(本征多壁碳納米管和 -OH、 -COOH、 -NH2官能團修飾多壁碳納米管,見第 5章)、礦物材料 (硅藻土和蒙脫土,見第 6章)以及 SiO2 凝膠 (見第 7章);第8章介紹了正二十烷@SiO2微膠囊相變材料,探討了 rGO對微膠囊相變材料熱導率及微膠囊形成的影響。
上述研究工作在北京大學化學與分子工程學院李星國教授的指導下,由馮利利、王崇云、王維、楊華哲共同完成。其中,第 2章研究工作完成人為馮利利、王崇云,第 3章研究工作完成人為馮利利,第 4章研究工作完成人為王崇云,第 5章研究工作完成人為馮利利,第 6章研究工作完成人為馮利利、王杰 (馮利利指導),第 7章研究工作完成人為楊華哲、馮利利,第 8章研究工作完成人為王維。全書由馮利利、李星國、王崇云著,馮利利整理和統(tǒng)稿。
感謝國家科技部 973項目 智能控熱納米復合體系的優(yōu)化 (2009CB939902)、國家自然科學基金項目 多孔碳基定形相變復合體系的熱性能與溫控相變機理 (51206009)和中國礦業(yè)大學 (北京)中央高;究蒲袠I(yè)務費 (2017QH)對本書研究工作及出版的資助!感謝工作開展過程中曾經(jīng)給予幫助和支持的各位老師和同學,他們是北京大學鄭捷副教授、林建華教授、李偉博士、范欣欣博士和宋萍博士,《中國科學》雜志社王維博士,中國科學技術大學謝毅教授,北京科技大學田文懷教授,南京大學閆世成教授,中國醫(yī)科大學楊華哲副教授及北京建筑大學張曉然和劉建偉副教授!
作者
前 言
第 1章 緒論 ................................1
11 儲熱.................................. 1
12 相變儲熱材料的分類及應用.............................. 2
121 相變儲熱材料的分類............................... 2
122 相變儲熱材料的應用............................... 6
13 定形相變材料.................................... 8
131 概述. 8
132 定形相變材料的制備方法............................. 8
133 三種常見的定形相變材料 ............................ 12
134 復合相變材料的熱導率 ............................. 16
參考文獻 .. 19
第 2章 多孔基體對 PEG基定形相變材料的影響 ................... 26
21 簡介 .. 26
211 多孔材料的分類 ................................ 26
212 多孔基體在定形相變材料中的應用 ........................ 26
22 材質對 PEG基定形相變材料的影響 .......................... 27
221 原料 ..................................... 27
222 PEG/介孔基體復合相變材料的制備 ........................ 28
223 PEG/介孔基體復合相變材料的性能測定 ...................... 28
224 PEG/介孔基體復合相變材料的化學性質 ...................... 29
225 PEG/介孔基體復合相變材料的結晶性 ....................... 30
226 PEG/介孔基體復合相變材料的熱性能 ....................... 33
227 本節(jié)小結 ................................... 36
23 孔結構對 PEG基定形相變材料的影響 ......................... 36
231 PEG/不同孔結構炭基體定形相變材料的制備 .................... 36
232 熱學性質及其他表征 .............................. 37
233 多孔炭材料的形貌與孔道結構 .......................... 37
234 多孔炭材料對 PEG的定形能力 .......................... 38
235 多孔炭材料與 PEG的界面相互作用及其對結晶性能的影響 .............. 39
236 PEG/多孔炭復合相變材料的熱學性能 ....................... 40
237 本節(jié)小結 ................................... 45
參考文獻 .. 45
第 3章 PEG/多孔炭定形復合相變材料 ........................ 47
31 PEG/AC定形相變材料 ............................... 47
311 概述 ..................................... 47
312 PEG/AC定形相變材料的制備 .......................... 48
313 PEG/AC定形相變材料的表征 .......................... 48
314 PEG/AC定形相變材料的結構性質 ........................ 48
315 PEG/AC定形相變材料的熱性能 ......................... 51
32 PEG/CF定形相變材料 ............................... 55
321 概述 ..................................... 55
322 PEG/CF定形相變材料的制備 .......................... 56
323 PEG/CF定形相變材料的表征和熱性能測試 .................... 56
324 PEG/CF定形相變材料的表征結果 ........................ 57
325 PEG/CF定形相變材料的熱性能 ......................... 60
326 本節(jié)小結 ................................... 65
33 PEG/CN定形相變材料 ............................... 65
331 概述 ..................................... 65
332 PEG/CN定形相變材料的制備 .......................... 66
333 PEG/CN定形相變材料的性能分析 ........................ 66
334 PEG/CN定形相變材料的結構性質 ........................ 67
335 PEG/CN定形相變材料的熱性能 ......................... 70
336 本節(jié)小結 ................................... 71
參考文獻 .. 72
第 4章 PEG/GO定形復合相變材料.......................... 75
41 簡介 .. 75
42 PEG/GO定形復合相變材料 ............................. 75
421 GO及 PEG/GO復合相變材料的制備 ....................... 75
422 材料的結構和熱學性質表征 ........................... 76
423 GO的形貌與結構................................ 76
424 PEG與 GO的界面作用及化學相容性 ....................... 78
425 PEG/GO復合相變材料的熔點變化 ........................ 80
426