摘 要

本文以正硅酸乙酯、水、无水乙醇、硬脂酸为实验中的原材料，制备复合定形相变材料的方法是溶胶-凝胶法。研究了催化剂、搅拌速率对制备过程及材料性能的影响。另外对己二酸/二氧化硅复合相变材料的制备进行了尝试。利用 X 射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)来对制备出的复合定形相变材料进行性能表征。实验的结果表明溶胶-凝胶法是一种简单的制备方法，其反应过程比较容易控制、制备出的样品比较均匀。制备复合相变材料的工艺为先在pH=2～3的条件下时使正硅酸乙酯水解生成溶胶，加入有机酸后再加氨水催化生成二氧化硅凝胶。实验中发现pH和搅拌速率对凝胶的形成和复合材料的性能有着大的影响，确定凝胶过程最佳反应条件为pH=7,搅拌速率为900r/min。该条件下制得的复合相变材料相变焓为45.48J/g，相变温度峰值在65.59℃。

关键词：相变材料，溶胶凝胶法，有机酸，储能技术

Abstract

In this paper, the composite phase change materials were prepared by TEOS, ethanol, water and organic acids via sol–gel process. The experiments researched how the catalyst and stirring rate influence the preparation and properties of composite and prepared the adipic acid/SiO₂ composite materials. The properties of the composite phase change materials were tested by XRD and DSC. We found that the sol-gel method is convenient and the reaction process is easy to control relatively，the samples prepared were uniform as well. The procedure for the preparation of organic acid/SiO₂ composites consisted of two steps: Preparing SiO₂ hydrosol by adjusting the pH to 2-3 to accelerate the hydrolysis of TEOS and then adding dropwise of the organic acid to silica sol using ammonium hydroxide to change the pH to facilitate the gelation of SiO₂. It was found that the pH and stirring rate have important effects on the formation of SiO₂ gel and properties of composites. The best reaction conditions were pH=7 and the stirring rate was at 900r/min. The phase change enthalpy of composite materials prepared under these conditions reached a of 45.48J/g and the transformation temperature was 65.59℃.

Key words: phase change material, sol-gel, organic acid, energy storage technology

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 - 1 -

1.1 课题背景及研究意义 - 1 -

1.2 复合相变材料的研究现状 - 2 -

1.3 复合相变材料的制备方法 - 3 -

1.3.1 原位聚合法 - 3 -

1.3.2 界面聚合法 - 4 -

1.3.3 浸渍法 - 4 -

1.3.4 溶胶凝胶法 - 4 -

1.4 复合相变材料的应用前景 - 4 -

1.4.1 建筑节能 - 4 -

1.4.2 太阳能热发电 - 5 -

1.4.3 现代农业 - 5 -

1.4.4 余热回收 - 6 -

1.4.5 纺织物领域 - 6 -

1.5 本文的研究内容 - 6 -

第2章 实验部分 - 7 -

2.1 实验原料 - 7 -

2.1.1 有机相变材料的选择 - 7 -

2.1.2 基体材料的选择 - 8 -

2.2 实验仪器及试剂 - 9 -

2.3 实验制备过程 - 9 -

2.3.1 溶胶凝胶法基本原理和工艺 - 9 -

2.3.2 实验步骤 - 9 -

2.4 样品的表征与测试 - 13 -

2.4.1 X射线物相分析 - 13 -

2.4.2 示差扫描量热仪 - 13 -

2.4.3 包覆结果分析 - 13 -

第3章 结果与讨论 - 15 -

3.1 硬脂酸复合相变材料 - 15 -

3.1.1 XRD分析 - 15 -

3.1.2 DSC分析 - 19 -

3.2 己二酸复合相变材料 - 25 -

3.2.1 XRD分析 - 25 -

3.2.2 DSC分析 - 26 -

第4章 结论 - 27 -

参考文献 - 28 -

致谢 - 30 -

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

二十世纪以后，科学与技术的迅猛发展显著地提高了人们的生活质量，同时也对能源消耗提出了更高的要求，特别是到70年代以后，能源短缺的问题引起了人们极高的重视。美国能源部2000年公布了一份调查数据，全世界的石油已探明储量为2～3万亿桶，而当时已经消耗了大约1万桶，占总储量的33%～35%；天然气蕴藏量为150×10¹²m³，每年消耗量在2.8×10¹²m³左右^[31]。而世界的发展只会越来越快，对能源的消耗量只增不减，在将来的50年内，这两种化石能源将会被耗尽，而煤的使用容易造成污染，因此，人们正面临着严重的能源危机。

面对能源短缺问题，人们只能通过两方面的努力来解决：一是寻找新的能量来源，用来替代化石能源的不足；二是提高能源的有效利用率，从而减少能源的使用。对于前者，目前世界上已开发了许多新型能源，如太阳能、风能、核能等，建造了一些大型工程并投入使用。如中国的三峡大坝工程、甘肃酒泉风能发电厂、日本柏崎刈羽核电站，而德国拥有38250兆瓦的太阳能装机容量。这些能量来源不仅缓解了能量短缺的问题，同时对环境友好，属于绿色能源，然而人们现在对于这些能源的开发力度还不够。对于后者的报道则较少，仅限于工业的余热回收方面，因此在提高能源利用率方面，尚有很大一片领域等待人们去挖掘。