由于純相變儲能材料無法利用全波段太陽輻射,而氧化石墨烯作為一種碳納米材料的,具有紫外-可見-近紅外全波段吸收和高導熱系數(shù)的特性。所以用它作為光熱轉換材料,通過超聲輔助物理共混的方法與相變材料聚乙二醇(PEG)共混構筑光熱轉換和相變儲能于一體的復合相變材料,可以實現(xiàn)對可見光的有效利用。本文將復合相變材料制備成薄膜,對其性能進行初步的研究。主要通過掃描電子顯微鏡(SEM),X射線衍射儀(XRD),傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR),差示掃描量熱儀(DSC)、紫外分光光度計以及自組裝光熱轉換系統(tǒng)等手段對復合相變材料的微觀形貌、晶相、官能團、儲熱性能和光熱轉換性能進行了分析。首先,利用氧化石墨烯(GO)的全波段吸收和光熱轉換功能,與相變材料PEG物理共混制備GO/PEG復合相變材料。復合相變材料呈層狀結構,PEG分布在GO的片層之間或吸附在GO的表面,隨GO含量的增加其層間的堆疊變得較復雜,表面也比較粗糙。復合相變材料的相變溫度為50.5℃,相變潛熱超過80J/g,具有很好的儲熱性能。復合相變材料在可見光波段范圍內(nèi)(380-760nm)存在吸收,能通過光驅動來存儲能量,具有較高的光熱轉換和能量存儲的效率,η均大于0.75。其次,利用具有較高的吸光性的偶氮苯衍生物共價改性石墨烯來提高其在可見光波段的吸光性,再將改性后的GO與相變材料PEG物理共混制備具有光熱轉換和儲能功能的復合材料。結果表明:GO和偶氮苯分子之間通過酰胺鍵(-NH-CO-)接枝在一起,改性后的GO片層間距變小。復合相變材料中PEG分布在GO的片層之間或通過氫鍵等強的相互作用吸附在GO的表面,造成材料的表面比較粗糙,層間堆疊更復雜。該復合相變材料具有較高的相變潛熱,相變焓超過85J/g,具有很好的儲熱性能,其相變溫度為50.6℃。在可見光波段復合相變材料的吸光性較高,光熱轉換和能量存儲的效率較高,η均大于0.8。最后將所制得的復合相變材料進一步制備成薄膜材料,通過優(yōu)化復合相變材料的摻量,得出復合相變材料的摻量不能過多,不超過15%,否則影響采光。本研究制備的薄膜材料具有較好的柔韌性和機械性能,其耐酸堿腐蝕性能也較好,也具有良好的儲能性能。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

圖 1-1 石墨烯是構建富勒烯、碳納米管和石墨的基礎結構單元[33]石墨烯獨特的二維結構使得它在光、電、熱等方面都具有優(yōu)異性能。在石墨烯子的配位數(shù)為 3，鍵之間的夾角為 120°，中心的碳原子和其他碳原子在同一個內(nèi)通過 σ 鍵相連接，形成穩(wěn)定的六邊形狀。由于 C-C 之間的 σ 鍵的鍵能很大，墨烯的熱穩(wěn)定性能明顯增強，它的極限強度為 130GPa，拉伸模量也很高，1TPa[36]。同時，在垂直于層平面的位置形成了貫穿全層的大 π 鍵，具有很好的所以石墨烯具有優(yōu)良的導熱、導電性，導熱率是 5000W/m﹒K[37]。石墨烯屬于導體，有很強的二級電場效應、室溫半整數(shù)量子霍爾效應以及超高的電子流動性.2 石墨烯的功能化盡管石墨烯各方面的性能非常優(yōu)越，應用的潛力也十分巨大。但它規(guī)整的 sp2形結構導致分子間作用力都很強，表面也表現(xiàn)為惰性性能，反應的活性也較低疊團聚，不能很好在分散在溶劑中[37-39]，從而降低了石墨烯的競爭優(yōu)勢。這些目前關于功能化石墨烯的研究項目大量增加的一個重要原因，通過對石墨烯改

得石墨烯在光學領域也能夠得到應用。氮苯是一種具有光敏特性的材料，它是一種二氮烯的衍生物，中間包含一-N=N-），二氮烯兩端的氫原子分別被苯環(huán)所取代，具有熱力學穩(wěn)定的反s）和亞穩(wěn)定的順式結構（cis）兩種結構形態(tài)[47]。研究發(fā)現(xiàn)，偶氮苯分子在見輻射[48]、機械壓力[49]、靜電激發(fā)[50]的作用時可發(fā)生反-順的異構化，由穩(wěn)轉變到亞穩(wěn)態(tài)的順式結構；又因其反式結構的熱力學的穩(wěn)定性較高，亞穩(wěn)在特定的條件下如可見光、熱等條件作用下會回復到穩(wěn)態(tài)的反式結構，如在發(fā)生順反異構化的過程中，其分子或原子的內(nèi)部會伴隨電子在不同能級而當電子能級發(fā)生變化時就會有能量的吸收或釋放。這樣的異構化行為使在化學、非線性光學甚至在儲能領域都表現(xiàn)出非常獨特的性能，并且偶氮間的光線照射下產(chǎn)生的分解也是比較少的，具有比較好的光學穩(wěn)定性。但物也存在著一些固有的缺點，如它的能量密度低、回復半衰期短等問題，陽能存儲方面的應用。

圖 2-1 自組裝光熱轉換測試系統(tǒng)的實驗裝置日光燈模擬太陽光獲得穩(wěn)定的光源，照射到樣品表面的光的功率由率 P 約為 100mW/cm2，樣品接收的輻射面積約為 4.5cm2）。數(shù)據(jù)斯特電子儀器有限公司生產(chǎn) TOPRIE 拓普瑞多路溫度記錄儀記錄數(shù)錄儀每隔 5 秒自動記錄樣品的溫度數(shù)據(jù)，然后通過繪制溫度-時間溫度隨光照時間的變化。然后通過繪制溫度-時間圖來研究材料對轉換和能量存儲性能。材料的光熱轉換和相變儲能的效率可以根據(jù)算得到[10]。 = mΔH/(P S( t )) （2.1）光熱轉換及相變存儲效率；熱轉換相變儲能材料的質(zhì)量（g）；通過 DSC 技術測定光熱轉換有機相儲能材料的相變焓（J/g）；
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