摘要
随着当今社会科技发展和生产力的不断进步，全球能源危机逐渐突出，提高能源利用率成为当下迫切需要解决的问题。相变材料(Phase change materials, PCMs)被广泛认为是一种有前途的储能材料，用于热能储存和热管理，以解决各种能源系统中供需不匹配的问题。其中有机固-液相变材料由于具有高潜热，适宜的相变温度而被广泛使用于光热储能领域。然而其本身的低导热、易泄露等问题严重阻碍了其大规模应用。本文以多孔气凝胶为载体，以环境友好、高潜热、相变温度适宜的(55℃)十六醇为相变材料，以光热转换性能优良的黑磷作为导热强化材料开发了一种多功能复合相变材料以实现对太阳能的可持续利用。 (1)以黑磷纳米片(BP)、聚乙烯醇(PVA)和碳化木棉纤维(CKF)为原料通过溶液共混法制备了新型多级孔气凝胶(PVA-BP)，将气凝胶直接浸入作为相变材料的熔融十六醇(HD)中得到HD/PVA-BP复合相变材料。结果表明，气凝胶PVA-BP30的力学性能在80%应变下表现出1.04MPa的抗压强度，并且气凝胶的机械强度随着BP含量的增加而增加。所制备的HD/PVA-BP30具有较高的相变潜热164.3kJ·kg-1，且经过100次冷热循环后，复合相变材料仅泄漏0.38%。其在1个太阳光照下的光热转化率为73.6%。表明所制备的HD/PVA-BP30具有优异的冷热循环可靠性、较强的机械性能以及抗泄漏性能。 (2)采用溶液共混的方法以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和聚乙烯醇为基底，以黑磷纳米片和多壁碳纳米管(MWCNTs)作为光热转换填料制备了三种不同BP含量的CMC-PVA-BP气凝胶。将其浸渍至熔融的十六醇中得到复合相变材料HD/CP-BP。研究结果表明，气凝胶CMC-PVA-BP30具有定向排列的孔道结构，孔隙率高达76.70%，孔体积为6.8367mL·g-1，复合相变材料HD/CP-BP90相变潜热为209.78kJ·kg-1、导热系数为0.6132W·m-1·K-1。表明所制备的HD/CP-BP具有适宜的相变温度、高潜热、可靠的冷热循环稳定性以及光热转换性能(91.72%)。 (3)以羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇为胶体，膨胀石墨(EG)和黑磷纳米片为导热填料制备气凝胶载体(EG-BP)，并采用熔融浸渍法将HD浸渍至气凝剂中制备HD/EG-BP复合相变材料。研究结果表明，气凝胶EG-BP具有定向排列的孔道结构，孔隙率高达77.26%，孔体积5.5258mL·g-1，HD/EG-BP复合材料焓值可以达到212.36kJ·kg-1，导热系数可以达到0.9383W·m-1·K-1，不仅具有优异的光热转换能力(81.18%)，还具备优异的热疗效果，可以保持持续15分钟以上的热敷，是一种可靠的光热转换和热疗材料。因此，所制备的复合相变材料在太阳能储能领域以及医用热疗领域中具有巨大应用潜力。
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