摘 要

本文通过制备添加不同浓度的纳米颗粒以及加入不同浓度分散剂的无机盐相变储热材料并对无机盐相变储热材料进行各项测试，了解无机盐相变储热材料的性能变化，找出制备高比热的优良无机盐相变储热材料的工艺方法。

论文主要研究了由LiNO3、NaNO3、KNO3按30:18:52的质量分数比制成基液，通过添加不同质量百分比的Zn O、Al2O3、SiO2纳米颗粒形成纳米流体，然后加入不同浓度的分散剂（聚乙烯吡咯烷酮），最终制成稳定的无机盐储热材料样品，通过SEM，DSC等测试得到样品的微观形貌、比热等信息，了解样品的储热能力，微观特征，并尝试解决纳米流体团聚的问题。

研究结果表明：添加活性纳米颗粒形成纳米流体可以显著提高储热材料的比热，通过加入分散剂可以有效防止纳米颗粒团聚，提升储热材料储热性能。

本文的特色：交叉实验，横纵对比，是一次半探索半验证性的尝试。

关键词：纳米流体；储热材料；比热； 相变潜热

Abstract

In this paper, through adding different concentration of nanoparticles and different concentration of dispersant to join in the inorganic salt phase change heat storage material ,and then  testing the performance of inorganic salt phase change heat storage material,to understand the performance changes of the inorganic salt phase change heat storage material , find out the excellent process method to get the inorganic salt phase change heat storage material with high specific heat.

It mainly study ,the inorganic salt heat storage material samples which contain the basis fluid with the salt of LiNO₃, NaNO₃, KNO₃ , nanoparticles with different quality percentage of ZnO, Al₂O₃, SiO₂ .and different concentration of dispersant (polyethylene). through SEM, DSC and other test to get information such as the microstructure of the sample, the specific heat,and then understand the heat storage capacity, microscopic characteristics of the sample , and try to solve the problem of nanofluids reunion.

The results show that adding active nanoparticles to form nanofluid can significantly increase the specific heat of heat storage material, by adding dispersing agent can effectively prevent nanoparticles reunion, improve heat storage material thermal properties.

In this paper, the characteristic: cross experiment, the transverse and longitudinal comparison, a half exploring and confirmatory attempt.

Key Words:nanofluid; heat storage material; specific heat;latent heat of phase change

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 相变储热材料的概况 1

1.3 储热材料及技术 1

1.3.1 储热材料的分类 1

1.3.2 储热材料的选择 2

1.4 纳米流体 2

1.4.1 纳米流体的产生与发展 2

1.4.2 纳米流体的制备及其特性 3

1.5 相变储热材料的研究意义 3

第2章 实验 5

2.1 实验材料及设备 5

2.2无机盐相变储热材料的制备 5

2.3 无机盐储热材料的性能特征 6

2.3.1 相变温度与相变潜热的测定 6

2.3.2 比热测定 6

2.3.3 无机盐储热材料的形貌表征 7

第3章 结果分析与讨论 8

3.1 相变温度与潜热 8

3.1.1 分散剂与储热材料的相变温度与相变潜热 8

3.2 比热容 15

3.2.1 不同纳米流体的储热材料的比热 15

3.2.2 质量分数不同的纳米流体的储热材料的比热 18

3.3 无机盐储热材料的形貌特征 20

3.4 分散剂(PVP)机理 21

3.4.1 PVP的性质 21

3.4.2 比热提高的机理 22

第4章 结论 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 引言

现代生产和生活，都离不开能源。能源无声无息却无处不在，就如水一样流淌在我们的各个生活角落。但是，人类无限制地消耗能源，也带来能源短缺的问题。没有能源就没有发展的动力，就如轮机没有水，无法转动。然而地球并不缺乏能源，相反的，每一个24小时循环，地球都有大量剩余能量产生——来自于太阳的辐射能量，最终只是在地球匆匆停留，又通过辐射返回太空。如果能阻止这些能量的“逃离”，把它们“截留”住，将产生不可估量的价值，储热材料的研究应用将具有重大的意义。

储热就是为了放热，把存储的能量释放出来。自上世纪以来，世界各国都相继面临过能源危机，能源短缺成为世界性的问题。然而正如上述所说，地球不是缺少能源，而是能源在时间性空间性的不协调匹配。换句话说就是能源的时间短缺与空间短缺。能源供需的时差问题，可以通过把能源存储起来，等到需要时释放出来解决；能源供需的空间距离问题则需要对能源进行搬运来解决。然而要把能源存储起来并不容易，更不说搬运了，因此，储热技术应运而生。

储热技术的一般含义是把热能以潜热、显热或化学能的形式暂时储存起来，根据需要有方向性地将这些形式的能释放出来加以利用，这种具有储热功能的材料称为储热材料^[2]。

1.2 相变储热材料的概况

明显地，储热材料是一种功能性材料。目的就是通过储热材料提供能量载体来解决储热技术中如何“捕捉”能量这一项难题。而相变储热材料就是多种储热载体的其中一种，即应用物质在相变反应时相变潜能变化来储存能量的一系列材料。相变储热具体来讲就是化合物发生气、液、固等相态变化时，伴随着吸热或放热过程的一种应用^[1]。相变材料在其物相变化过程中，可以从环境中吸收热量，并在需要时有目标性地向环境释放热量，从而达到控制周围环境温度的目的。利用相变材料的相变潜热进行能量的储存和释放，一直是相变储热材料应用的重要课题。在太阳能电池、废热回收等节能领域中相变材料都有着诱人的发展前景。而且相比其他储热材料，相变储热材料具有以下特点：1.设备仪器装置简易，2管理维修使用方便，3余能废热利用充分，4生产成本低廉便宜。这些特点使之更适合大规模、广范围的生产及使用^[4]。

1.3 储热材料及技术

1.3.1 储热材料的分类

储热技术已经有了几十年的发展，出现过各种各样的储热材料，也产生过多种分类方法。从储热方式来分，可分为显热、潜热及反应储热3种；从材料的化学组成来分，又可分为无机及有机材料两大类；从储热的温度范围来分，可分为高温、中温及低温等类型；还可以根据相变反应时材料的状态来分，可分为固—液相变储热和固—固相变储热材料两大类^[5]。储热材料是一种功能性材料，注定它的化学成分不会单一，通常包含多个组分，包括主储热剂、相变温度(凝固点)调整剂、防过冷剂(成核刑)、促进剂、防相分离剂(当固、液共存时因密度差易发生相分离时使用)等组分^[8]。由于固-气相变材料，虽然相变潜热大但气相体积变化大，而固-固相变材料，虽然体积基本不变，但潜热一般变化小，都限制了它们的应用；目前应用较多的是液-固相变材料，而一些水合盐相变材料更是广泛应用，如Na₂SO₄·10H₂O、MgSO₄·7H₂O、CaCl2·6H₂O等^[7]。这些晶体在加热熔化时先吸收热量失去结晶水，继续吸收热量盐就随之溶解形成液体，而当这个溶液凝固时，就会放出热量。

1.3.2 储热材料的选择

相变储热由于其组分复杂，种类繁多，一般难以以某种物质进行选择、归类。一般的选择原则是：较大的相变潜热；合适相变温度；合适的导热性能；相变的可逆性、过冷度要尽量小；热稳定性优良；符合绿色化学反应：无毒、无腐蚀、无污染；使用安全、耐高温；易爆或氧化；不易挥发损失；体积膨胀较小；成本低廉，原料易得；单位体积储热密度较大^[6]。而且实际应用时，应注意具体的使用环境，对温度、环境气氛要进行测试；而一些条件可以视环境而定，适当取舍。

1.4 纳米流体

1.4.1 纳米流体的产生与发展

纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型传热介质^[3]。这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究。纳米流体在能源、化工、汽车、建筑、航空、信息、电力等领域具有巨大的潜力，从而成为化学、传热学、材料、物理等众多领域的研究热点。