摘要
相变材料（PCMs）具有输出温度稳定、能量储存密度大、热能储存稳定等特性，在太阳能热能储存、动力电池热管理、绿色建筑节能等领域有广泛的应用前景。但它们自身存在易泄漏和热导率低等问题，严重限制其应用范围。制备定型相变复合材料是解决PCMs泄露问题的有效途径，但如何提高定型相变复合材料的储热性能、热导率和光-热转换效率等仍是该领域需要关注的焦点。本文从配方设计和界面设计入手，以玉米秸秆为原料制备生物炭基聚乙二醇（PEG）定型相变复合材料。通过调控裂解温度制备不同形态结构的生物炭载体，调控相变复合材料的负载量；通过添加氧化石墨烯（GO）强化PEG/生物炭相变复合材料的导热性能，以不同结构的表面改性剂调控PEG与GO及生物炭封装载体的界面性能，以期提高相变复合材料的热导率和光-热转换效率，揭示PEG/生物炭相变复合材料加工-结构-性能之间的关系，为高性能定型相变复合材料的设计与制备提供了理论指导。论文研究内容和结果如下： 1.研究生物炭形态结构对相变复合材料结构与性能的影响。结果表明，裂解温度显著影响生物炭微观形态结构和表面性质，随着裂解温度升高，微孔形态由不规则圆孔变为不规则蠕虫状，平均孔径逐渐减小，比表面积逐渐增大，微孔体积逐渐增大，介孔体积和大孔体积均逐渐减小，生物炭表面官能团逐渐减少。除800℃条件下热解的生物炭（BC800）外，制备的生物炭均具有丰富的表面官能团。DSC结果表明，以BC600制备的相变复合材料（PCS600）具有相对较大的相变焓，熔融焓和结晶焓分别为100.20J/g、95.12J/g，且复合材料的抗泄漏性能和循环热稳定性也较好。样品在70℃烘箱中放置180min未发生泄漏，经100次热循环后，相变焓值仅降低1.3%。导热性能测试结果表明，PCS600相变复合材料的热导率为0.33W/(m·K)，光-热转换率较纯PEG提高了54.5%。 2.研究PEG分子量及含量对相变复合材料结构与性能的影响。结果表明，PEG/生物炭相变复合材料的相变焓随PEG分子量增加，呈现先增加后平稳的规律。添加PEG6000的相变复合材料具有相对较高的相变焓；随PEG含量的增加，相变焓逐渐增大，但复合材料也发生泄漏。导热和光-热转化性能结果表明，相变复合材料热导率随PEG分子量增加导热性能提高，但光-热转化效率逐渐降低，添加PEG1500的相变复合材料具有最高的光-热转换效率78.56%。 3.研究GO对相变复合材料结构与性能的影响。结果表明，随GO含量的增加，GO/PEG相变复合材料的相变焓提升不明显，但热导率逐渐增大；不同改性GO/PEG相变复合材料相变焓不同，以GO-CTAB/PEG相变复合材料具有最高相变焓（191.36J/g），但热导率相比GO/PEG相变复合材料降低。GO-CTAB@PEG/生物炭相变复合材料的相变焓和热导率相对PEG/生物炭复合材料变化不明显，但其光-热转换效率显著高于PEG/生物炭相变复合材料。当GO-CTAB@PEG添加量为50wt.%时，相变复合材料的光-热转换效率可达88.78%，且复合材料具有优异的抗泄漏性能。随GO-CTAB@PEG含量的增加，GO-CTAB@PEG/生物炭相变复合材料相变焓和光热转化效率显著提升。
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