毕业论文（设计）微胶囊相变材料过冷现象的抑制

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1、微胶囊相变材料过冷现象的抑制摘要：近年來关于如何降低过冷度的研究成为了工业储热领域研究的热点。本文利用扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒尺寸分布及微胶囊的表面特性，并使用差示扫描量热法（DSC）对热稳定性进行了分析。阐述了过冷现象的影响因素和抑制过冷现象的方法，着重分析了添加不同的成核剂及不同浓度的成核剂对过冷现象的抑制效果，并对其产生的负血影响进行了说明。硏究结果表明浓度6wt.%的氯化钠对正十八烷、2wt.%的十四醇对十四烷、0.6wt.%多层碳纳米管对正十六烷的过冷现象有明显的抑制作用，另外15w

2、t.%的1-十八醇.15wt.%的RT58（石蜡）和5wt.%的RT58都有效降低了RT21的过冷度。关键词：微胶婪相变材料（MPCM）、过冷、成核剂、成核剂浓度0前言微胶囊相变材料（MicroencapsulatedPhaseChangMaterials）是一种包裹有相变材料的微小容器。当环境温度高于或低于相变材料的相变温度时，胶囊内的相变材料将会发生固■液相变，从而维持环境温度的稳定性，但是它又不同于一般的保温材料和降温材料，因为这个过程具有双向性和可逆性，因此在储能和绝热领域有很大的发展潜力⑴。

3、可以应用在建筑节能玄、太阳能储能、空调、蓄热调温纤维或泡沫⑶等方面。过冷现象是MPCM在实际应用中的一大难题，即液态物质在结晶时实际结晶温度低于理论结晶温度，这会使潜热在更低的温度或更大的温度范围内释放，不利于能量的储存⑷。过冷现彖的影响因素主要有颗粒直径、成核剂的类型以及成核剂的加入量。因为颗粒直径越小相变材料的结晶温度就越小，所以为了降低过冷度需要采用颗粒直径较小的微胶囊。添加成核剂也是降低过冷的常用方法，由于不同种类的成核剂和浓度对不同材料的影响存在差异，所以需要在成核剂的类型及浓度的选择之间找

4、到最佳的平衡点，从而对过冷的抑制达到最佳的效果。1.过冷的影响因素直径对过冷现象有很大的影响。囊芯相变材料的结品温度随着微胶囊直径的减小而降低。直径较大的微胶囊颗粒在运送过程中和囊壁纤维形成过程中容易产生破裂，同时,过冷现象会导致囊壁热调节纤维或包含微胶囊的泡沫材料的结晶温度降低，并使温度范围变宽，所以直径小于1微米的纳米相变微胶囊是重点的实验研究对彖⑹。分别用Tm和表示熔融温度和冷却温度，过冷度公式如式（1）所示。当微胶囊的直径从100微米降低到5微米时过冷度会增加到13°CX为了使微胶囊的潜热达到

5、最优化,实验温度范围要大于7；□到间的温度范围，即高温界限几>爲，低温界限心V实验温度范闱表示为ATH，则相变材料的比热"cm可公式（2）得出⑻：^Ts=Tm-Tf（1）Cpcm=[Ahz+Cp$（Tf一7；）+5E一Tm）]/AT（2）AhpCp,s，5」分别是相变材料的熔化潜热、固相比热和液相比热。因为相变材料具有很大的潜热，所以在实验温度变化范围较小吋，Ahf占热容量的比重较大。由公式（2）可以看出越大Cpcm受4切的影响就越小。添加成核剂也会对过冷现彖产生很大的影响，例如添加高熔点的石蜡、乙醇

6、、固体纳米粒。Lee通过实验发现1-十八胺、1-十八醇可以有效降低十八烷的过冷度⑼。Fan等人发现熔点在60-65°C的石蜡同样可以有效降低十八烷的过冷度另外，成核剂的加入量对过冷的抑制效果也有影响。Alvarado等人用浓度为6吐.％的I•四烷和I•四醇来改善I•四烷的过冷现象在温度较高时，这些成核剂可以和烷类相变材料混合在一起，但是当温度降低到成核剂凝结温度以下时它们就会凝结沉淀。虽然添加成核剂可以在一定程度上改善过冷现象，但是与此同吋也降低了相变材料微囊剂的有效潜热，所以成核剂的副作用也不容忽

7、视。1.过冷的抑制差示打描量热法（DSC）通常应用于微囊剂的热物理性能分析，可以测定多种热力学和动力学参数如结晶速率、高聚物结晶度等参数切。通过这种方法测量输入到试样和参照物的功率差与温度的关系，利用差示扫描量热仪记录下來即得到DSC曲线。DSC曲线以样品吸热或放热的速率dll/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标。2.1成核剂的类型和浓度的选择通过DSC方法可以得到成核剂的类型和密度的最优关系。如图1所示，DSC升温曲线上斜率最大的切线与基线的交点温度即是MPCM浆的熔点网，吸热曲

8、线和基线围成的区域面积即是熔化潜热值。凝固点同样可以用上述方法获得。表一列出了100wt.%为块状正十四烷、99.8wt.%块状正十四烷与0.2wt.%硅粉的混合剂和99.8wt.%块状正十四烷与0.2wt.%硅粉混合剂的DSC结果。Tm、Tsoi和入分别是熔点温度、凝固温度和熔化潜热。经典成核理论认为液相到固相的转变是由于发生了同相或异相成核，异相成核比同相成核更容易发生，同相成核的产生需要更高的过冷或更低的温度来形成核心冋。Montenegro和La