摘 要

本论文选取癸酸为相变材料，膨胀蛭石为载体材料，采用毛细吸附法制备了不同质量分数的癸酸膨胀蛭石相变复合材料。通过红外光谱分析（IR)和差示扫描量热分析(DSC)对制得的癸酸膨胀蛭石复合相变材料进行了表征。分别采用Kissinger方程和Ozawa方程对其升温过程和降温的表观活化能E进行计算。通过最大吸附量分析得到膨胀蛭石对癸酸的最大吸附饱和度约为370wt%。通过红外光谱分析确定膨胀蛭石对癸酸的吸附为物理吸附，两者没有发生化学反应。以质量分数分别为250wt%、300wt%、350wt%、370wt%的四组癸酸膨胀蛭石相变复合材料为研究对象，计算其表观活化能，两种方程所得的放热过程的表观活化能相对误差约为3％，吸热过程的表观活化能的误差约为6％，计算结果比较可信。

关键词：癸酸；膨胀蛭石；相变材料；表观活化能

Abstract

In this paper, capric acid was used as phase change material and expanded vermiculite as carrier material, and different mass fraction of decanoic acid expanded vermiculite phase change composites were prepared by capillary adsorption method. The resulting decanoic acid enriched vermiculite composite phase change materials were characterized by IR spectroscopy (IR) and differential scanning calorimetry (DSC). The Kissinger equation and the Ozawa equation are used to calculate the apparent activation energy E . The maximal adsorption saturation of expanded vermiculite to capric acid was about 370 wt% by maximum adsorption analysis. The adsorption of decanoic acid by enriched vermiculite was determined by infrared spectroscopy. Chemical reaction reactions were not observed. The apparent activation energies of the two groups of decalcified perovskite phase change composites with mass fraction of 250 wt%, 300 wt%, 350 wt% and 370 wt% were used to calculate the apparent activation energy. The exothermic process of the two equations was apparent The relative error of activation energy is about 3%, the error of apparent activation energy of endothermic process is about 6%, and the calculation result is more reliable.

Key words:Decanoic acid，expanded vermiculite，phase change material，apparent activation energy

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 相变材料 1

1.2.1 相变材料的概述 1

1.2.2 相变材料的分类 1

1.2.3 相变材料的研究现状 2

1.3 复合相变材料 2

1.3.1 复合相变材料的概述 2

1.3.2 复合相变材料的制备方法 3

1.3.3 复合相变材料的研究现状 3

1.4 膨胀蛭石 4

1.4.1 蛭石的成因 4

1.4.2 蛭石的分布 4

1.4.3 膨胀蛭石的制备 4

1.4.4 膨胀蛭石的分类 4

1.4.5 膨胀蛭石的应用 5

1.5 本论文主要研究内容 5

第二章 癸酸膨胀蛭石复合相变材料的制备及性能表征 6

2.1 引言 6

2.2 实验部分 6

2.2.1 实验材料 6

2.2.2 实验设备 7

2.2.3 实验过程 7

2.3 结果与讨论 7

2.3.1 测定所用膨胀蛭石的密度 7

2.3.2 癸酸膨胀蛭石复合相变材料的最大吸附量分析 8

2.3.3 癸酸膨胀蛭石复合相变材料的DSC分析 9

2.3.4 癸酸膨胀蛭石复合相变材料的FT-IR分析 15

2.4 本章小结 19

第三章 复合相变材料动力学研究 20

3.1 引言 20

3.2 实验部分 20

3.2.1 实验材料 20

3.2.2 实验设备 20

3.2.3 实验过程 20

3.3 结果讨论 20

3.3.1 热动力学分析方程 20

3.3.2 癸酸膨胀蛭石复合相变材料表观活化能计算 21

3.4 本章小结 26

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致谢 29

第一章 绪论

1.1 引言

相变材料(Phase Change Materials, PCM)是一种新型功能材料，它能够存储或释放能量，其原理是物质发生相态改变时会吸热或放热。该种材料储能密度较高并且化学性质稳定。相变材料利用自身的的相变特性，可以实现对体系热量的控制，实现温度控制、节能保温等目标。相变材料在建筑节能、航空航天器材、太阳能利用以及电力等领域都展现出巨大的发展前景^[1-3]。如何对其性能进行有效的改善和利用，已成为能源和材料领域的研究热点项目^[4]。

目前，在建筑行业中，相变材料已经有了一定程度的发展应用。例如，相变材料墙体以及相变材料地板等，其中大部分用于建筑行业的相变材料的主要效果是实现节能。为了通过相变材料的相关理论创造出宜居的建筑环境，研究人员对相变材料的制备以及它在建筑节能领域的应用进行了深入的研究。相变过程可能很快发生，也可能很慢发生，这是相变动力学领域需要研究的问题。所以，对相变动力学理论的研究具有很高的术价值，并且还有一定的经济以及社会效益^[5]。