本書共8章。第1章緒論,概述了儲(chǔ)熱、相變儲(chǔ)熱材料的分類及應(yīng)用、定形相變材料和復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率;第2章多孔基體對(duì)PEG基定形相變材料的影響,介紹多孔基體的材質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)對(duì)定形相變材料定形性、結(jié)晶性、相變行為和熱性能的影響規(guī)律及機(jī)制;第3章PEG/多孔碳定形復(fù)合相變材料,介紹活性炭、泡沫炭、氮化碳3種基體對(duì)PEG基定形相變材料結(jié)構(gòu)和熱性能的影響;第4章PEG/GO定形復(fù)合相變材料,介紹3種具有不同界面性質(zhì)的定形復(fù)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(xué)和非化學(xué)界面作用對(duì)PEG相變行為和熱性能的影響及作用機(jī)制;第5章PEG/MWCNT定形相變材料,介紹本征MWCNT和不同官能團(tuán)(羥基、氨基、羧基)修飾多MWCNT基體對(duì)定形相變材料中PEG相變行為、儲(chǔ)-放熱性能和熱傳導(dǎo)的影響及作用機(jī)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(duì)定形相變材料結(jié)構(gòu)和熱性能(儲(chǔ)-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(duì)定形相變材料結(jié)晶性和熱力學(xué)性質(zhì)的限域效應(yīng)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(jié)構(gòu)特征,以及rGO對(duì)微膠囊相變材料熱導(dǎo)率和微膠囊形成過(guò)程的影響。
能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)。能源危機(jī)以來(lái),為了解決礦物能源的枯竭以及伴隨而來(lái)的
環(huán)境污染等問(wèn)題,人們開(kāi)始注重提高能源使用效率并致力于開(kāi)發(fā)可再生能源,儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)
而生。儲(chǔ)能技術(shù)可以解決能源供給和需求在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾,從而提高能源利用
效率。儲(chǔ)熱是提高能源利用效率的重要方法之一。儲(chǔ)熱是一種重要的儲(chǔ)能方式,它通過(guò)材料
內(nèi)能的改變實(shí)現(xiàn)熱量的存儲(chǔ)與釋放。儲(chǔ)熱包括顯熱存儲(chǔ)、熱化學(xué)儲(chǔ)能和潛熱存儲(chǔ) (相變儲(chǔ)
熱),其中相變潛熱儲(chǔ)能是近年來(lái)的研究熱點(diǎn),它利用材料在相變時(shí)吸熱或放熱來(lái)儲(chǔ)能或釋
能,這種材料不僅能量密度較高,而且所用裝置簡(jiǎn)單、體積小、設(shè)計(jì)靈活、使用方便且易于
管理。另外,這類材料通過(guò)相變儲(chǔ)熱或放熱的過(guò)程幾乎是在近于恒溫的條件下進(jìn)行的。因此
相變材料可以調(diào)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(shí)間、空間和速度上的不匹配程度。由于潛熱儲(chǔ)能的上述優(yōu)勢(shì)使得潛熱儲(chǔ)能成為最具有
實(shí)際發(fā)展前途,也是目前應(yīng)用最多和最重要的儲(chǔ)能方式。
定形相變儲(chǔ)熱材料是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在能源利用和材料科學(xué)方面研發(fā)十分活躍的領(lǐng)域。這
類材料為復(fù)合材料,一般由固 -液相變材料和基體材料構(gòu)成,相變材料是復(fù)合材料中執(zhí)行相
變儲(chǔ)能的功能體,基體材料是相變材料的載體。在相變過(guò)程中,相變材料發(fā)生相變,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)
熱和放熱;而基體材料限制了液體相變材料的流動(dòng),阻止了液體滲漏,使得復(fù)合材料在相變過(guò)程中保持為宏觀上的固體形態(tài),其相變性質(zhì)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(qiáng)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),能夠?qū)崿F(xiàn)限域效應(yīng)作用下的溫度調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱 -控?zé),同時(shí)具有固 -液相變材料儲(chǔ)能密度大和固 -固相變材料無(wú)液體滲漏的優(yōu)點(diǎn)。本書系統(tǒng)地總結(jié)了作者在定形相變儲(chǔ)熱材料方面的研究工作,共有 8章內(nèi)容。
第 1章概括介紹了相變儲(chǔ)熱材料的分類及應(yīng)用、定形相變材料的制備方法、三種常見(jiàn)的定形相變材料以及復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率;第 2章介紹了多孔基體的材質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)對(duì)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(jiàn)第 3章)、石墨烯氧化物 (GO、GO-COOH、rGO,見(jiàn)第 4章)、MWCNT(本征多壁碳納米管和 -OH、 -COOH、 -NH2官能團(tuán)修飾多壁碳納米管,見(jiàn)第 5章)、礦物材料 (硅藻土和蒙脫土,見(jiàn)第 6章)以及 SiO2 凝膠 (見(jiàn)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(duì)微膠囊相變材料熱導(dǎo)率及微膠囊形成的影響。
上述研究工作在北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院李星國(guó)教授的指導(dǎo)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(dǎo)),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(guó)、王崇云著,馮利利整理和統(tǒng)稿。
感謝國(guó)家科技部 973項(xiàng)目 智能控?zé)峒{米復(fù)合體系的優(yōu)化 (2009CB939902)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 多孔碳基定形相變復(fù)合體系的熱性能與溫控相變機(jī)理 (51206009)和中國(guó)礦業(yè)大學(xué) (北京)中央高;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi) (2017QH)對(duì)本書研究工作及出版的資助!感謝工作開(kāi)展過(guò)程中曾經(jīng)給予幫助和支持的各位老師和同學(xué),他們是北京大學(xué)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(guó)科學(xué)》雜志社王維博士,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)謝毅教授,北京科技大學(xué)田文懷教授,南京大學(xué)閆世成教授,中國(guó)醫(yī)科大學(xué)楊華哲副教授及北京建筑大學(xué)張曉然和劉建偉副教授!
作者
前 言
第 1章 緒論 ................................1
11 儲(chǔ)熱.................................. 1
12 相變儲(chǔ)熱材料的分類及應(yīng)用.............................. 2
121 相變儲(chǔ)熱材料的分類............................... 2
122 相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)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(jiàn)的定形相變材料 ............................ 12
134 復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率 ............................. 16
參考文獻(xiàn) .. 19
第 2章 多孔基體對(duì) PEG基定形相變材料的影響 ................... 26
21 簡(jiǎn)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(yīng)用 ........................ 26
22 材質(zhì)對(duì) PEG基定形相變材料的影響 .......................... 27
221 原料 ..................................... 27
222 PEG/介孔基體復(fù)合相變材料的制備 ........................ 28
223 PEG/介孔基體復(fù)合相變材料的性能測(cè)定 ...................... 28
224 PEG/介孔基體復(fù)合相變材料的化學(xué)性質(zhì) ...................... 29
225 PEG/介孔基體復(fù)合相變材料的結(jié)晶性 ....................... 30
226 PEG/介孔基體復(fù)合相變材料的熱性能 ....................... 33
227 本節(jié)小結(jié) ................................... 36
23 孔結(jié)構(gòu)對(duì) PEG基定形相變材料的影響 ......................... 36
231 PEG/不同孔結(jié)構(gòu)炭基體定形相變材料的制備 .................... 36
232 熱學(xué)性質(zhì)及其他表征 .............................. 37
233 多孔炭材料的形貌與孔道結(jié)構(gòu) .......................... 37
234 多孔炭材料對(duì) 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(duì)結(jié)晶性能的影響 .............. 39
236 PEG/多孔炭復(fù)合相變材料的熱學(xué)性能 ....................... 40
237 本節(jié)小結(jié) ................................... 45
參考文獻(xiàn) .. 45
第 3章 PEG/多孔炭定形復(fù)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(jié)構(gòu)性質(zhì) ........................ 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(cè)試 .................... 56
324 PEG/CF定形相變材料的表征結(jié)果 ........................ 57
325 PEG/CF定形相變材料的熱性能 ......................... 60
326 本節(jié)小結(jié) ................................... 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(jié)構(gòu)性質(zhì) ........................ 67
335 PEG/CN定形相變材料的熱性能 ......................... 70
336 本節(jié)小結(jié) ................................... 71
參考文獻(xiàn) .. 72
第 4章 PEG/GO定形復(fù)合相變材料.......................... 75
41 簡(jiǎn)介 .. 75
42 PEG/GO定形復(fù)合相變材料 ............................. 75
421 GO及 PEG/GO復(fù)合相變材料的制備 ....................... 75
422 材料的結(jié)構(gòu)和熱學(xué)性質(zhì)表征 ........................... 76
423 GO的形貌與結(jié)構(gòu)................................ 76
424 PEG與 GO的界面作用及化學(xué)相容性 ....................... 78
425 PEG/GO復(fù)合相變材料的熔點(diǎn)變化 ........................ 80
426