银纳米线改性石墨烯气凝胶的制备及性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着工业的快速发展和人口的增长,石油、天然气、煤矿等传统化石燃料的大量使用导致污染物和温室气体的排放量逐年上升,引发了严重的环境污染以及全球气候变暖问题,尤其是目前全国各大城市频发雾霾事件,严重威胁着人们的生存环境。化石能源的燃烧是温室气体的主要来源之一,并且化石能源的消耗量占到全部能源消耗总量的90%。控制化石能源的使用量,优化能源产业结构,开发新型能源技术,已经成为新世纪能源战略的重点。风能、潮汐能和太阳能在新能源的开发和应用方面具有良好的前景。太阳能是一种日用能源,受时间、气候以及地域影响明显,需要有配套的储能体系来保证太阳能的储存以及输出。因此,近年来,开发用于储存太阳能热能的储能材料引起了科学家极大的兴趣。

相变材料(PCM)作为太阳能热能转换的材料之一同样引起了相当广泛的关注。相变材料可以在相变的过程中以潜热的形式储存或释放热能,是太阳能转换和储存的有效先进储能技术之一。相变材料分为有机相变材料和无机相变材料两类。无机相变材料容易出现相分离、成核能力低、存在明显的过冷现象,对金属有腐蚀性。而有机相变材料具有储能高,热稳定性好,化学稳定性好,无过冷现象等优点。因此,有机相变材料在余热回收,空调系统,电子/电池热管理,太阳能热能转换等领域有巨大的应用潜力。但是有机相变材料在应用过程中存在泄露的问题,需要特殊的容器进行封装,增加了系统的成本和热损耗。因此,需要制备一种新型的形状稳定的相变材料。

定型相变材料采用相变材料和支撑基体材料复合,其支撑基体材料包括有机材料,如石墨烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇等,和无机材料,如硅藻土、膨胀珍珠岩等。本课题的支撑材料选用石墨烯气凝胶。其优点如下:①石墨烯气凝胶形状稳定,可以防止相变材料泄露;②孔隙率大,储能密度高;③石墨烯具有亲油疏水性,对有机相变材料吸收更好,不易泄露;④能捕获近红外光和可见光,光热利用率更高。然而,石墨烯气凝胶导热系数低的缺点使得太阳能热能的转换效率和速率较低且机械稳定性差。为提高石墨烯气凝胶的导热性和机械稳定性,本课题采用导热性优良、机械性能好的银纳米线对石墨烯气凝胶进行改性,以制造具有高性能的支撑基体材料。

虽然加入银纳米线是提高相变材料导热系数的一个直接方法,但是由于填料的含量过高,潜热保留率降低,导致相变复合材料的储能能力降低。为使用较少的填料同时保持较高的潜热保留率,有研究发现,预制导热网络同样有助于提高相变复合材料的导热系数。洪等制造的3D聚丙烯增强相变复合材料的导热系数为0.534W m-1 K-1,这是原始石蜡导热系数的两倍。周等采用化学气相沉积法制备了石墨烯包覆氧化铝泡沫,该相变复合材料具有较高的导热系数8.28 W m-1 K-1和潜热保持率70%。Karthik等报道了一种碳气凝胶,该碳气凝胶由酚醛树脂,人造石墨,硝酸镍和聚氨酯泡沫碳化而成,该相变复合材料的导热系数为2.6 W m-1 K-1和潜热保持率为78%。

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