膨胀石墨_赤藓糖醇相变复合材料的制备与热性能研究

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1、国内图书分类号：TK02学校代码：10213国际图书分类号：621.785密级：公开工学硕士学位论文膨胀石墨/赤藓糖醇相变复合材料的制备与热性能研究硕士研究生：郭启霖导师：张强副教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学-I-ClassifiedIndex:TK02U.D.C:62ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDTHERMALPROPERTIESOFEXPANDEDGRAPHITEREINFORCEDERYTHRITOLPHASECHAN

2、GECOMPOSITESCandidate：GuoQilinSupervisor：AssociateProf.ZhangQiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology-II-摘要摘要为提高有机相变储能材料的换热效率，需

3、要解决该类材料热导率较低的问题。赤藓糖醇作为一种具有极高相变潜热的中温相变储热材料，在热防护、热存储领域都有很高的应用潜力。本文尝试采用不同方式，将膨胀石墨与赤藓糖醇进行复合，力求在不引入其它副作用的情况下最大程度地提高赤藓糖醇的热导率。并对膨胀石墨/赤藓糖醇相变复合材料的组织形貌、基本物理性能、热性能进行了表征与分析。通过对可膨胀石墨进行热处理获得膨胀石墨，研究热处理工艺对膨胀石墨组织形貌、膨胀率、石墨化度的影响。提高热处理温度可以促进可膨胀石墨片层间的酸根离子迅速分解释放，从而提高膨胀石墨的膨胀率。利用X射线衍射法(XRD)测试膨胀石墨的石墨化度，发现适中的热处理温度和充分

4、的保温时间可以促使碳原子充分重排，提高膨胀石墨的石墨化度。分别采用直接混合法、混合超声法、预制块法以及预超声混合法制备膨胀石墨组分含量在0.5wt.%~6.0wt.%的相变复合材料。XRD和红外光谱分析结果表明膨胀石墨与赤藓糖醇之间为物理结合，不发生化学反应。在制备过程中施加超声的工艺组制得复合材料的致密度较高。超声作用使材料内部的膨胀石墨转变为纳米石墨微片，降低了材料中的孔隙率。加大超声功率和延长超声时间可以促进这一过程的发生，有利于提高相变复合材料的致密度。纳米石墨微片可以促进赤藓糖醇形核，使相变复合材料的熔点降低。膨胀石墨和气孔的存在会提高体系内能，降低相变复合材料的熔化

5、焓和比热。此外，膨胀石墨为体系中引入大量界面热阻，在组分含量较低时对相变复合材料的比热起到显著的强化作用。采用基于有效介质理论的修正模型对相变复合材料的热导率进行预测和分析，结果表明膨胀石墨可以在基体中形成长程导热网络，当含量为6.0wt.%时使基体材料的热导率提高了约680%。热循环测试结果表明，膨胀石墨的添加可以显著提高基体材料熔化焓的热循环稳定性，在热循环过程中，不发生相组成和化学结构的改变。关键词：相变材料；热物理性能；赤藓糖醇；膨胀石墨-I-AbstractAbstractTheheatexchangeefficiencyoforganicphasechangemat

6、erials(PCMs)canbeenhancedbyincreasingtheirthermalconductivity.Asamedium-temperaturePCMwithextremelyhighlatentheatoffusion,erythritolisapromisingcandidateinareasofthermalprotectionandlatentheatthermalenergystorage(LHTES).Inthepresentwork,severalmethodswereusedtofabricateexpandedgraphite(EG)re

7、inforcederythritolPCMs,soastoincreasethethermalconductivityoferythritolwithoutanysideeffects.EGwasobtainedbyheattreatment.TheeffectofheattreatmentonthepropertiesofEG,includingmicrostructure,expansiondegree,andgraphitizationdegreewasstudied.Higherhe