[00813213]新型规则有序多孔碳基复合定形相变材料的设计与储热构效关系研究

该项目针对有机相变材料存在的导热系数低、固-液相变过程易流动泄露等缺陷，开展了一系列复合定形相变材料的创新性研究，并对相变材料在隔热防晒薄膜领域的智能控温效果进行了探索： (1)创新地采用苯乙烯纳米小球为种子模板，通过功能基团自组装，使三聚氰胺-甲醛预聚物在模板表面及界面聚合，得到复合交联的聚合物，高温炭化制得规则多孔碳球，比表面积可达872.7m²g^-1，孔径集中在2-5nm和10-17nm，具有较好的介孔结构，其与相变材料复合后的性能不佳，但700℃碳化的样品比电容可达196.9Fg-1，不同电流密度下的充放电曲线类似于等腰三角形，在充放电过程具有高度可逆性。 (2)创造性地采用中性还原剂乙二胺对氧化石墨烯进行诱导还原，借助水热合成和冷冻干燥法制备了三维石墨烯，缩短了传统方法制备三维石墨烯的反应时间，同时以正十八烷为相变材料，三维石墨烯为多孔支撑基体，制备了新型高性能的三维石墨烯基复合相变材料，其相变潜热可达196.67J/g，且三维石墨烯的高导热性，提高了相变过程的热响应速率，赋予复合材料优异的热循环稳定性，经过60次冷热循环，相变温度和相变焓基本保持不变。同时，其导热系数可提高至1.636W/(mk)。 (3)创造性地通过功能基团间的自组装和接枝聚合，使gO与MDI组装得到具有层状结构的硬段聚合物分子链，将PEg接枝组装入石墨烯的层状结构中，制得具有层状结构的新型高性能石墨烯导热增强型复合固-固相变材料。结果显示，该复合相变材料具有规则的层状结构，且相变潜热可达156.7J/g，gO在复合材料内部形成了连续的互穿网络结构，赋予复合材料较好的导热性能，使PEg具有较高的热相应速率，降低了熔融温度。复合材料具有较好的热循环稳定性，100次DSC热循环，相变潜热基本保持不变。 (4)创造地将微胶囊相变材料、纳米二氧化钛与薄膜基体复合，通过固化成型，设计制备了新型相变控温隔热防晒复合薄膜，相变潜热可达8.96J/g，经过100次DSC热循环基本保持不变。薄膜能将屏蔽空间的温度控制在25-28℃持续3298s。复合薄膜具有较强的抗紫外线性能，在紫外光区的透过率小于10％。 (5)通过分子设计创新性地将CNTs、gO、NB等高导热纳米颗粒引入微胶囊的壁材和芯材结构中，制备了新型高性能的微胶囊复合相变材料，相变潜热可达100-141J/g，经过20-60次热循环基本保持不变，具有较好的热循环稳定性。其导热系数可提高20-40％，加快了对外界温度变化的热响应速率。