摘要
随着世界各国的快速发展，传统的化石燃料越发枯竭，使得能源问题已成为各国关注的重点。随着能源危机的加剧，相变储热技术作为一种新型能源供应方式受到越来越多的关注。因此，本文选择相变材料作为主要研究对象，通过对其制备和改性以满足其在太阳能储能、建筑节能、冷链运输和热管理系统等领域的应用。然而，相变材料普遍具有低导热和易泄露的致命缺陷，从而影响其实际应用。因此本论文分别采用微胶囊技术和骨架支撑技术，对相变材料进行改性，提高其热导率和热稳定性，使得复合相变材料的性能得到优化。 （1）本实验采用十二醇为核体，新型清洁绿色的甲醇改性的三聚氰胺甲醛（MMF）为壳体，通过原位乳液聚合制备了核壳质量比为14∶3的MPCM复合微胶囊相变材料，以满足低温仓储（0-40℃）的需求。同时，实验进一步添加了10wt%的导热填料（BN和CNT的质量比为1∶1）以解决低导热性的缺陷。结果表明，BCPCM的导热率和潜热分别为0.584W/m·K和163.8J/g，热分析还进一步证实了所制备的BCPCM具有较高的封装效率，而且其热稳定性实际上得益于过渡层中十二醇芯与所制备的MMF壳之间的强烈相互作用，在“线面体”网络结构的存在下，由于热导率和热稳定性的提升，从而验证了这种新型复合相变材料的适用性。此外，该材料在电池组的实际应用中具有明显的温度控制能力，其在0-40℃的温度范围内表现出优异的存储可靠性。 （2）微胶囊技术具有一定的局限性，不能同时解决易泄露和低热导率的问题，因此本实验选择骨架支撑技术来对相变材料进行改性。在这项研究中，通过在聚乙二醇（PEG）中引入MXene（Ti3C2Tx）骨架，添加绿色高效的阻燃剂Mg(OH)2制备了MXene@PEG/Mg(OH)2相变复合材料，同时，由于MXene的存在，该膜还具备电磁屏蔽性能。0.18mmMXene@PEG/Mg(OH)2的EMISE值在X波段频率范围内高达38.8dB，其相变焓为153.72J/g，热导率从0.26提高到0.95W/m·K。重要的是，由于Mg(OH)2的高效阻燃作用和MXene的层间毛细管效应，在固-液相变过程中，液相PEG可以锁定在MXene@PEG/Mg(OH)2中，从而显著增强形态稳定性，并能在高温环境下由于自身的阻燃性质从而可以保护其覆盖的物品，对微电子封装领域提供了一条新的思路。 （3）最后，考虑到碳化后的聚吡咯管（PNT）具有高导热性，本研究采用真空过滤法制备纤维素/碳化后聚吡咯管（SF@PNT）基体膜作为支撑骨架，分别添加相变材料PEG和绿色阻燃剂Mg(OH)2，得到具有高效热管理和阻燃性能的复合膜。SF/PNT的电导率为613S/m，具有电磁干扰性能（EMISE），在X波段的频率范围内，SF/PNT的EMISE高达34.2dB，远远优于大多数电磁干扰材料的商业标准20dB。得益于有效的基体（CNF-PNT）结构，电磁波可以有效地消散。此外，该复合材料在30-100℃范围内具有有效的吸热和放热性能。相变焓为153.96J/g，热导率从0.26W/m·K提高到0.92W/m·K。此外，由于燃烧过程中Mg(OH)2和PNT网络的存在，SF/PNT表现出显著的阻燃和抗滴落性能，该研究显示了PNT在增强PCM的导热性和阻燃性方面的良好前景。 本论文的三部分实验内容分别从微胶囊技术和骨架支撑技术对相变材料进行改性研究，同时由于阻燃剂的加入和骨架自身具有的电磁屏蔽性能，丰富和拓展了相变材料的应用场景。
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