摘要
作为清洁能源中的一种，太阳能被人们广泛研究与应用到，然而它的间歇性、不稳定性和能量密度低等特点限制了实际运用，将太阳能热利用与潜热储存技术结合就能解决这一缺陷。除此之外，大多数现有报道的相变材料的导热系数都比较低，降低了储热/放热过程的效率。并且固-液相变材料在储热/放热过程中容易出现泄露现象，这对材料的稳定性造成了消极影响。因此，通过形状稳定技术制备定形相变材料来避免液相泄露是化学工作者们研究的热点与难点。本研究以低熔合金（LMPA）为相变材料，以膨胀石墨（EG）为导热添加剂和支撑基质，并探究了热塑性弹性体低密度聚乙烯（LDPE）或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）作为包覆材料对于材料性能的影响。在本文中，通过物理混合方法和形状稳定技术制备了用于太阳能热水系统的定形复合相变材料，并分别对这些材料的微观形貌、化学成分、形状稳定性能、导热能力、热性能和光学性能进行了表征分析。主要研究内容和结论如下： （1）通过微波膨胀法制备膨胀体积最高可达到262ml/g的膨胀石墨，再通过熔融混合法与LMPA复合制备出不同质量配比（EG:LMPA=1:7、1:8、1:9、1:10和1:11）的LMPA/EG复合相变颗粒。研究发现复合材料的熔合潜热是由LMPA的相变潜热（ΔHexp,LMPA）和质量分数（ωLMPA）确定的，EG:LMPA=1:9时为最优配比，此时复合材料的潜热为28.92J/g；而且所有配比的复合相变材料在40~550℃范围内几乎没有质量损失，具有良好的热稳定性；该材料对200~800nm范围内光的吸收率最高可达90%。 （2）通过熔融混合-模具定型法制备了不同表观密度的LMPA（90wt%）/EG定形复合相变材料，结果表明随着表观密度的增大材料的导热系数也增大，当材料的表观密度为3397kg/m3时，与LMPA相比（14.93W·m?1·K?1）定形复合PCM的导热性能提升了209.1%，密度小于或等于2548kg/m3的定形LMPA/EG复合PCM为比较理想的材料，反复加热后不会出现合金泄露现象。 （3）为了解决复合相变材料在3397kg/m3时出现泄露的问题，通过溶液混合、模具定型制备了含有不同质量分数（1%~5%）低密度聚乙烯（LDPE）的LDPE/LMPA/EG定形复合相变材料。结果表明：当LDPE质量分数为2%~4%时，经50次加热/冷却循环后该材料并没有合金析出，具有良好的防泄露能力；所有材料在300℃以下几乎没有出现质量损耗，说明材料在中高温范围内具有较优的热稳定性；而且随着LDPE质量分数的增加该材料的导热系数减小，其导热系数最高可达40.55W·m?1·K?1，与LMPA相比提高了172%。 （4）为了研究不同热塑性弹性体对材料性能的影响，通过溶液混合、模具定型制备了不同SEBS质量分数（1%~5%）的SEBS/LMPA/EG定形复合相变材料。实验结果表明：当SEBS质量分数为2%~4%时材料经50次加热/冷却循环后合金不泄露，具有良好的防泄露能力；制备的所有材料在250℃以下几乎没有质量损耗，说明材料在该温度范围内具有较优的热稳定性；随着SEBS质量分数的增加，该材料的导热系数线性减小，该材料的导热系数最高可达42.96W·m?1·K?1，与LMPA相比提高了188%。
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