摘要
相变材料因其在相变过程温度几乎不变和较高的储能密度广泛应用于储热领域。但是由于相变材料易泄漏、导热系数低、材料功能性较为单一等问题阻碍其实际应用。本研究使用功能化高分子作为支撑材料，碳材料为导热增强剂和光热转化促进剂制备出一系列多功能定型相变材料。探究功能化高分子支撑基体和碳基材料对复合相变材料防泄漏、储热效果以及提升多功能性的影响，并对复合材料的微观形貌、化学性质、循环性能、包覆效果等方面进行测试。主要研究内容如下： （1）合成了一系列有机-无机杂化高分子材料，并以其为支撑材料，以石蜡作为有机相变材料，添加炭黑作为光热转化能力增强剂，制备了杂化高分子/石蜡/炭黑复合相变材料。探究杂化高分子制备单体比例对定型相变材料包覆率的影响。研究表明，随着杂化高分子制备单体比例从9:1-5:5，复合材料的泄漏率减少从8.7%降低至0.34%，添加炭黑的定型相变材料导热系数提升220%，多次融化-凝固循环实验后复合材料储能密度无明显衰减，炭黑颗粒为复合材料带来高光热转化效率。此外杂化高分子特有的疏水性赋予该定型相变材料自清洁性能。 （2）将有机-无机杂化高分子应用于无机相变材料（三水乙酸钠），添加一定量炭黑作为导热增强剂，成功制备出高相变潜热（180J/g）且几乎无泄漏的（泄漏率0.1%）无机复合材料。微观形貌图可以看出复合材料有孔隙结构，三水乙酸钠颗粒均匀散布孔隙中。步冷实验测试说明复合材料的过冷度仅为1℃。杂化高分子制备单体比例增加导致交联程度变大，进一步导致支撑材料比表面积增大，从而可以更好地将相变材料包覆其中。有趣的是，由于杂化高分子种硅氧基具有一定亲水性，可以作为微型节水器防止结合水的流失进而减少无机复合材料过冷。 （3）以丙烯酰胺为单体聚合制得聚丙烯酰胺，并尝试以其为支撑材料、三水乙酸钠为相变材料，可溶性淀粉为自愈合促进剂，成功制备出了同时具备相变储能与自愈合功能的相变水凝胶。在相变水凝胶中，丙烯酰胺单体与三水乙酸钠的质量比例为1:5，在保证优良的形状稳定性的同时相变潜热可达到124J/g。除此之外，相变水凝胶在常温下具有拉伸性且愈合后样品拉伸强度没有明显衰减。过冷度实验测试表明，相变水凝胶几乎没有过冷现象且融化-凝固循环实验30次后过冷度无明显衰减。该相变水凝胶应用于可穿戴热疗设备中，在40-45℃温度范围内保持15min，说明该相变水凝胶具有较大的潜热以及柔韧性。在电子器件热管理的应用中，相变水凝胶也表现出出色的散热降温能力，热管理前后最高温差可达30℃，且在相变温度区间持续时间可达150s。
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