还原氧化石墨烯气凝胶二十烷相变材料的制备及性能.docx

作为潜在的热能存储材料，相变材料可与热能存储系统结合使用，以实现可再生能源的循环，达到节约能源的目的。作为相变材料的分支之一，有机相变材料以其卓越的热存储性能吸引了众多关注。它们拥有适用温度范围广、无过冷或过冷度低、与材料兼容性好和无反应、无腐蚀性等优点，可以通过相变过程吸收或释放热量，以控制温度波动，大大提高能源利用效率。更重要的是，经过反复的相变循环后，其不会遇到相分离和潜热降低的麻烦。然而，热导率低和泄露问题限制了其应用。本工作制备出具有储能性能的光热转换相变材料。使用还原氧化石墨烯气凝胶多孔骨架吸附二十烷获得了复合相变材料。该方法最大的优势是简单易操作。通过对复合材料的性能进行表征，研究了复合相变材料的热导率、储热潜力、稳定性以及光热转换效率。摘要：以氧化石墨烯（GO）为原料，采用胶体团聚法制备了还原氧化石墨烯气凝胶，再通过自扩散获得了还原氧化石墨烯气凝胶/二十烷（r-G0aerogel/eicosane）复合相变材料，研究了复合材料结构与性能的关系。采用热重分析仪（TGA）和差示扫描量热仪（DSC）测试了二十烷和复合材料的热性能，确认了二十烷质量分数与复合材料熔值的关系，探讨了相变循环次数对材料稳定性的影响。结果表明，复合材料的熔值与二十烷的质量分数成正比；经过50次相变循环后，二十烷的理论质量分数为95%的样品（PCM4）的储能性能仍然保持稳定。热导性能分析表明，还原氧化石墨烯气凝胶可以改善二十烷的热导率。此外，通过太阳光模拟测试计算出复合材料的光热转换效率为55%o结论通过超临界C02干燥制备了r-GO气凝胶，并吸附二十烷获得了复合相变材料。（1）通过DSC测试发现,复合材料的相变潜热与二十烷的质量分数成正比，相变温度略高于纯二十烷。经过50次的循环性能测试，复合材料表现出优良的循环稳定性。（2）作为骨架的r-GO气凝胶，能较好地吸收太阳光,经过太阳光模拟测试，复合材料的光热转换效率高达55%,为有机相变材料在太阳房领域的应用提供了一定的理论基础。（3）r-GO气凝胶的热导率较低，这是残留的含氧基团和结构缺陷所导致。因此，需要进一步改善r-GO气凝胶的热导性，以使其更适合作为PCM的支撑材料。图文导读45,12h干燥还原b嘤C三十烷自扩散样品0d图1r-GO气凝胶/二十烷复合材料制备示意图Fig.1Schematicdiagramofpreparationofr-GOaerogel/eicosanecompositesW 5 O t«80604020O2O-2-4温度/O 204060温度/图ig.F2二十烷(a)和复合材料(b)的DSC曲线2DSCCiuvesofeicosane(a)andcomposites(b)O50 IOO 150 200 250 300 350 400温度/Ooooo 0 8 6 4 2 %、谕杷壁*眼图3复合材料的TGA曲线Fig.3TGACiuvesofcomposites表1二十烷和复合材料的TGA和DSC数据Table1TGAandDSCdataofeicosaneandcomposites样品残炭量/%W（二十烷）/%TmoC相变潜热/(J/g)二十烷0.0100.032.7243.4PCMl18.481.636.7139.7PCM216.383.737.3159.9PCM311.588.537.7185.1PCM43.097.037.5214.8注：复合材料中因为r-GO骨架的含量较少，所以忽略了骨架在TGA测试过程中含氧基团（比如竣基）的损失。