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摘 要

复合相变材料是利用高比表面积的多孔材料来吸附相变材料从而形成一种复合材料，它解决了一般相变材料相变储热少、易于泄漏等问题。本文合成了具有高比表面积的超交联微孔聚合物（HMPNs，BET比表面积为607 m² g^-1），并以此为载体吸附相变材料棕榈酸，利用自主吸附的方法制备了新型复合相变材料。差示扫描量热法分析（DSC）表明，复合相变材料熔融和结晶相变焓为125.9 kJ kg^-1和124.1 kJ kg^-1，吸热峰和放热峰为68.1 ^oC和57.0 ^oC，且经过50次冷热循环后，相变潜热依然有116.6 kJ kg^-1和113.8 kJ kg^-1，表现出良好的储热性能。

关键词： 相变储热 微孔有机聚合物 相变焓

Preparation and thermal storage properties of microporous

phase change material composites

Abstract

Composite phase change material is a kind of composite material which uses porous material with high specific-surface-areas to adsorb phase change material. It solves the problems that the general phase change material has small phase change thermal storage and is easy to leak. The hyper-crosslinked microporous polymer nanoparticles (HMPNs) should be ideal porous materials as the carrier for large Brunauer-Emmett-Teller (BET), for instance, it was calculated 607 m² g^-1. Composite phase change material was prepared using palmitic acid as thermal storage materials and microporous as supporting medium by the method of impregnating preparation. The phase transition temperature of composites was determined to be 68.1 ^oC and 57.0 ^oC and the transition enthalpy was calculated to be 125.9 kJ kg^-1 and 124.1 kJ kg^-1 respectively during the melting and crystallization. The transition enthalpy of composites was measured to be 116.6 kJ kg^-1 and 113.8 kJ kg^-1 respectively even after 50 times cycles. It could be the candidate as storage materials for application.

Keywords: Phase change thermal storage; Microporous organic polymers; Phase change enthalpy

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1复合相变材料的研究目的 1

1.2复合相变材料的载体 2

1.2.1石墨烯载体材料 2

1.2.2无机多孔材料 3

1.2.3金属有机框架载体 4

1.2.4微孔有机聚合物 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验材料 7

2.1.1 实验试剂 7

2.1.2实验仪器 7

2.1.3表征仪器 7

2.2 实验步骤 8

2.2.1 前体纳米颗粒的制备 8

2.2.2微孔聚合物纳米颗粒的制备 8

2.2.3复合相变材料的制备 9

2.2.4复合相变材料的冷热循环实验 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 前体纳米颗粒的形貌特征 10

3.2 MPNs比表面积 10

3.3 复合相变材料的结构特征 11

3.4复合相变材料的储热性能 12

第四章 总结与展望 14

参考文献 15

致谢 17

第一章 引言

1.1复合相变材料的研究目的

能源是人类社会不断发展的基础。随着人类社会的发展，工业化程度不断加深，对于能源的需求也与日俱增。然而，传统化石能源有着不可再生以及环境污染的缺点，开发可再生能源，提高能源利用效率已经成为了解决能源问题的两个主要途径。开发可再生能源，例如太阳能，风能等。这些能源虽然无污染，可再生，但是它们同样有着缺点，例如风能，其能量源间歇性和不稳定性难以消除，为可再生能源的广泛利用带来阻碍。现有的能源利用效率比较低，在热利用方面，突出浪费的是化石能源直接产生热量用于生产和生活，这种能源利用方式带来的最大的问题就是大量低温余热的浪费。而提高能源利用效率主要是将化石燃料产生的能源高效利用，有效回收或者循环使用，如工业中的高温废水后用作家庭供暖，干燥等生活、生产需要。所以，解决能源问题的方法之一是寻求一种成本低、效率高的热能存储方式。

储能技术按照其储热方式可以分为显热储能，化学反应储能和潜热储能三种。显热储能是指利用储热材料自身的高热容进行储能，通过控制调节材料的温度来实现热能存储与释放的储能技术。虽然，显热储能技术设备简单，操作方便，但是在能量的释放过程中，温度不能恒定，而且与环境存在温度差，通过介质进行热交换而损失部分热能，所以能量很难长时间保存。化学反应储能主要是通过化学反应放热而设计的储能方式，但是他放热难以控制且整体效率不高，所以很难得到广泛利用。潜热储能又称相变储能，它同时利用物质固有的热容和物态变化的相变热来储存热能，具有较大的储能密度。相变储能的另一特点是热量输出稳定且换热介质温度保持不变，可以使加热系统在稳定状态下运行。相变储能具有储能容器占地面积小、相变过程稳定、储能容量大、热效率高等优点，所以它在航空航天设备制造、建筑节能保温、服装设计、制冷设备以及军事等领域都有广阔的应用前景。

相变材料按其属性分为无机和有机相变材料，按其相变状态分为固-气、液-气、固-固和固-液相变材料。固-气和液-气相变材料由于在相变过程中相变材料发生较大的体积变化使得其实际应用性很差。而固-固相变材料由于潜热过小、导热性能较差等缺陷，实际应用也较少。固-液相变材料是利用相变材料在相变过程中材料对热能的存储与释放。这种材料相变潜热大、相变过程中体积变化小，是目前最为广泛使用的相变材料。复合相变材料既克服了单一相变材料存在的部分缺点，又扩大了相变材料的应用范围，是未来储能材料的发展方向。

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