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編者按：為應(yīng)對(duì)全球的能源挑戰(zhàn)，各國積極的研發(fā)可再生能源，太陽能、風(fēng)能等等，其中儲(chǔ)能技術(shù)作為研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一，將熱能收集、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存來讓能源多用途、高效和環(huán)境友好使用。

導(dǎo)讀：使用混酸氧化和球磨處理制備改性碳納米管，并與硬脂酸復(fù)合制備相變儲(chǔ)熱材料。X射線衍射結(jié)果顯示，球磨處理對(duì)碳納米管的結(jié)構(gòu)有一定影響，混酸氧化后的碳納米管物相沒有發(fā)生改變。紅外光譜分析表明，球磨處理和混酸氧化對(duì)碳納米管有純化作用，酸化碳納米管出現(xiàn)羥基、羰基等官能團(tuán)，有助于碳納米管的分散。掃描電鏡照片顯示，改性碳納米管在硬脂酸中的分散性為酸化碳納米管＞球磨碳納米管＞碳納米管，熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果也與此符合，說明碳納米管分散性增加，對(duì)硬脂酸熱導(dǎo)率有較大的提高。

 

 

儲(chǔ)能技術(shù)是應(yīng)對(duì)全球能源挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過調(diào)節(jié)能源供需的差異提高能源利用效率。熱能儲(chǔ)存技術(shù)可以將能量短期或者長期存儲(chǔ)，利用人為技術(shù)將熱能收集、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存來讓能源多用途、高效和環(huán)境友好使用。潛熱存儲(chǔ)由于儲(chǔ)能密度高、輸出溫度穩(wěn)定、節(jié)能效果顯著的優(yōu)點(diǎn)，已成為能源科學(xué)和材料科學(xué)方面的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域并廣泛應(yīng)用于工業(yè)余熱利用、建筑節(jié)能、電子散熱、航天等。

 

以潛熱形式存儲(chǔ)能源的相變儲(chǔ)熱材料按材料形態(tài)轉(zhuǎn)變方式可分為3類。其中固-液相變儲(chǔ)熱材料是最為常用的潛熱儲(chǔ)熱材料。固-液相變儲(chǔ)熱材料在熔化和凝固的相變過程中能釋放出大量的熱量，并有較小的溫度、壓力及體積變化。而在低溫相變儲(chǔ)能材料中有機(jī)脂肪酸因?yàn)槠淇烧{(diào)節(jié)的相變溫度、低成本、無過冷現(xiàn)象及化學(xué)和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)吸引了研究者的廣泛關(guān)注。硬脂酸有著較合適的相變溫度和較大的潛熱。但是硬脂酸同樣有著有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料低熱導(dǎo)率和易泄漏的缺點(diǎn)，作為評(píng)價(jià)相變儲(chǔ)熱材料的兩個(gè)重要因素，這兩個(gè)缺點(diǎn)促進(jìn)了大量關(guān)于提高熱導(dǎo)率和防止熔融態(tài)相變儲(chǔ)熱材料泄漏的研究，例如添加高熱導(dǎo)材料金屬顆粒、泡沫金屬等和SiO2包覆相變儲(chǔ)熱材料、PMMA形成核殼結(jié)構(gòu)。然而，這些導(dǎo)熱增強(qiáng)相和包覆材料不是增加復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的成本就是減少了潛熱。

 

碳納米管（CNTs）因其特殊的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)及高熱導(dǎo)率被用來合成復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料以提高熱導(dǎo)率。但是，納米尺度效應(yīng)導(dǎo)致的分布不均和嚴(yán)重聚集使碳納米管不能充分發(fā)揮其高熱導(dǎo)的特點(diǎn)，導(dǎo)致復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的熱導(dǎo)率提高少。如何提高碳納米管的分散性讓其充分發(fā)揮高熱導(dǎo)特性是需解決的問題。王等發(fā)現(xiàn)球磨和堿處理后的納米碳纖維能增加棕櫚酸的潛熱，因?yàn)楦男约{米碳纖維的氫鍵相互作用能夠加強(qiáng)納米碳纖維與基質(zhì)的黏附。同樣，使用濃酸混合物的化學(xué)氧化法、球磨和堿化處理可將羥基和羧基等官能團(tuán)引入碳納米管的表面，這有助于碳納米管和相變儲(chǔ)熱材料的強(qiáng)界面結(jié)合卻減少本身之間的結(jié)合。

 

因此，對(duì)CNTs進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻娓男?，不僅促進(jìn)了碳納米管與基體之間的黏附，還增強(qiáng)了碳納米管的分散性，進(jìn)而提高相變儲(chǔ)熱材料的熱導(dǎo)率。碳納米管改性的主要方法是物理機(jī)械法、強(qiáng)酸處理、堿處理和化學(xué)接枝等。在本研究中，將碳納米管用混酸氧化和球磨方法改性，比較其分散性并與硬脂酸復(fù)合制備新型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料。測(cè)試表征復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的熱物理性能，研究復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的非等溫相變動(dòng)力學(xué)過程，來揭示酸化碳納米管對(duì)硬脂酸熱物理性能影響的微觀動(dòng)力學(xué)機(jī)理。硬脂酸/碳納米管復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料可以實(shí)現(xiàn)高效熱利用和存儲(chǔ)，對(duì)太陽能利用有著重要的潛在利用性。

 

 

（1）混酸氧化相對(duì)球磨處理對(duì)碳納米管本身結(jié)構(gòu)損傷較小，酸化后的碳納米管表面和端口產(chǎn)生了羥基、羧基等活性基團(tuán)，增加了碳管之間的排斥力，減少了范德華力，使管壁之間的距離增大，并增加了碳納米管和溶質(zhì)間的親和力，所以酸化碳納米管之間纏繞團(tuán)聚現(xiàn)象減少，在硬脂酸中的分散較均勻，有利于熱量的傳遞。單純的機(jī)械處理對(duì)碳納米管的分散效果不如化學(xué)改性顯著。

 

（2）復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的表觀活化能比純硬脂酸高，表明了酸化碳納米管對(duì)硬脂酸分子鏈段熱擴(kuò)散有阻礙作用，增大了相變過程發(fā)生的難度，影響了硬脂酸熱導(dǎo)率的增加，使添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的碳納米管后熱導(dǎo)比純硬脂酸只增加了1.3倍。

 

原標(biāo)題:硬脂酸/改性碳納米管復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料性能