摘 要

相变储热材料具有储热密度高、充放热过程中温度变化小等有点，受到了国内外相关学者的重视和研究。而相变储热材料中，复合相变材料更是具有普通相变材料所没有的优点，故而被认为是未来的发展趋势和研究重点。

本文以十八醇作为储能材料，选取二(3,4-二甲基苄叉)山梨醇(DMDBS)作为凝胶因子添加到相变储能材料中，利用凝胶因子形成的三维网状结构作为支撑材料，制备了一种新型的定形凝胶态复合相变材料。通过添加膨胀石墨(EG)提高了复合相变材料的导热性能。采用 DSC、TG 等分析方法来研究复合相变材料的高温热稳定性。

DSC测试表明，经过400次热循环实验后复合相变材料的相变焓变化不大，吸热焓只降低了4.000J/g，放热焓只降低了13.000J/g，适用于能量储存；质量损失分析表明，复合相变材料在热循环过程中的质量损失不可避免，但是加入DMDBS可以减少这种损失。当DMDBS质量分数为0%时，复合相变材料的质量损失为3.48g，而当DMDBS的质量分数增加到9%时，复合相变材料的质量损失为2.18g。这是由于DMDBS 在相变材料中自组装形成了致密的三维网状结构，通过表面张力作用，将相变材料束缚住，形成定形相变材料，从而增加了热循环稳定性，提高了复合相变材料的使用寿命；TG测试表明，加入DMDBS、膨胀石墨可以在一定程度上提高复合相变材料的耐高温性，起始老化温度提高了8℃，失去5%质量时的温度提高了6℃，这也一定程度上说明了复合相变材料额的高温热稳定性良好。

关键词：十八醇；DMDBS；凝胶因子；膨胀石墨；复合相变材料；热稳定性

Abstract

Phase change heat storage material with a high heat storage density, red exothermic process temperature changes and other little small, were highlighted and researches related scholars. The phase change heat storage material, the composite phase change material has the advantage that it is normal phase change material does not have, and therefore is considered to be the future trends and research priorities.

In this paper, octadecanol as energy storage materials, select bis (3,4-dimethyl benzylidene) sorbitol (DMDBS) as a gelling factor added to the phase change material, the use of three-dimensional network formed Gelator structure as a support material for preparing a new type of amorphous gel-composite phase change materials. By adding expanded graphite (EG) to improve the thermal properties of the composite phase change materials. To study the composite phase change material thermal stability using DSC, TG and other analytical methods.

DSC tests show that after 400 thermal cycles test composite phase change material phase change enthalpy of little change, the endothermic enthalpy reduced only 4.000J / g, exothermic enthalpy reduced only 13.000J / g, suitable for energy storage; mass loss analysis show that the composite phase change material mass loss during thermal cycling of the inevitable, but added DMDBS can reduce this loss. When DMDBS mass fraction of 0%, the mass loss of the composite phase change material is 3.48g, and when the mass fraction of DMDBS to 9%, the loss of quality composite phase change material is 2.18g. This is due to the phase change material DMDBS self-assemble to form a dense three-dimensional network structure by surface tension, the phase change material shackled to form amorphous phase change material, thereby increasing the thermal cycling stability, improve the composite phase life change material; TG tests show that adding DMDBS, expanded graphite can increase the temperature of the composite phase change material heat resistance, aging starting temperature has increased by 8 ℃, losing 5% by mass to some extent, improve the 6 ℃ it also explains to some extent the composite phase change material good amount of high temperature thermal stability.

Keywords: octadecanol; DMDBS; Gelator; expanded graphite; composite phase change material；thermal stability

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1前言 1

1.1.1 全球化能源问题 1

1.1.2国内能耗问题 1

1.1.3储热技术出现的背景 2

1.2储热方式的分类及特点 2

1.2.1显热储热 2

1.2.2潜热储热 3

1.2.3化学反应储热 3

1.3相变储热概况 4

1.3.1相变储热机理 4

1.3.2相变材料的分类 4

1.3.3 固-液相变储热材料 5

1.3.4 固-固相变储热材料 7

1.3.5 复合相变储热材料 7

1.4研究目的及内容 8

1.4.1研究目的及意义 8

1.4.2 研究内容 8

第2章 实验原料、仪器及过程 9

2.1 实验原料 9

2.2复合相变储热材料的制备 9

2.3.测试与表征 10

第3章 结果与讨论 11

3.1 DSC分析 11

3.2复合相变材料热循环质量变化以及 TG 分析 13

第4章 结 论 17

第1章 绪 论

1.1前言

1.1.1 全球化能源问题

能源作为人类社会发展进程中的重要一环，同信息、材料一起作为国民经济生产的三大支柱，渗透于各行各业的方方面。有关能源的一直都与人类社会的发展息息相关。目前所使用的能源可简单分为可再生与不可再生两大类：常见的石油、煤炭、天然气等化石能源被称为不可再生能源，是在地球数十亿年地质变动中累积而成的化石能源；而像太阳能、地热能、风能等则被称为可再生能源。由于化石能源形成周期较长，一旦被消耗利用之后，短时间内无法再生，根据研究，地球目前储备的不可再生资源，大约可供人类开采利用300年左右，如果依据当前探索到的存储量及开采速率计算，化石能源可供使用100年左右，其中，石油大约还可以再使用30~50年，天然气大约还可以再使用60~80年，煤炭还可供使用的时间约在100年到200年之间^[1]。而且这些化石能源在开发和使用的过程中，会释放大量的有毒有害物质，不仅给人类的生活带来极大危害，而且一旦超过环境所能承受的极限，将会触发全球范围内的气候恶化、环境污染、生态破坏等诸多问题，对地球造成极大的破坏^[2]。

目前随着全球经济的飞速发展，有关能源的一系列问题已经上升为国家战略安全问题，而化石能源的不可再生性和污染环境的问题一直困扰着人们，为此很多国家为了整个社会的可持续发展，将研究开发新型能源，利用清洁低耗的可再生能源作为国家建设发展进程中的的首要任务^[3]。而太阳能作为一种最常见的可再生的清洁能源，因其分布广泛，储量巨大，而成为研究对象的首选，针对太阳能的开发和应用是促进能源应用多元化、确保能源安全、实现可持续发展的重要途径之一^[2]~[5]。

1.1.2国内能耗问题

由于发展中国家的基本国情，我国经济建设进程中的能源消耗正以几何倍数增长，伴随着经济迅速发展而来的是能源消耗剧增、能源储备剧减、环境污染急剧恶化等一系列严峻挑战，加之由于我国人口压力十分巨大，导致化石能源人均可使用量过低，据调查显示^[2]，我国煤炭资源和石油资源人均可使用量分别仅为世界平均水平的1/2和1/10。这些无疑成为我国的可持续发展进程中的巨大阻碍。

建筑能耗是国内能源消耗的一大组成部分，而在建筑能耗中占有极大比例的则是调节室温（保暖和制冷）所带来的能源消耗，据统计^[4]，住宅建筑大型公共建筑非住宅建筑、大型公共建筑除供暖以外所需能源占总能耗的比例分别为19%、14%～16%、13%，所以，减少建筑能耗的关键是减少在调节室温过程中的能耗，而对于建筑领域来说，利用供应充足、清洁无污染的太阳能自然成为降低能耗的首选。但是，由于昼夜之分和季节的差别，太阳能的供应是不连续和不均匀的，所以如何在建筑领域高效合理地利用太阳能还亟待研究和试验。

1.1.3储热技术出现的背景

能量是反映物质的做功能力的计量单位。通常来说，所有的物质都有做功能力，所以所有物质都拥有能量。但是，能量不全是能源，能源是某些相比而言可以简单地被人们利用和转变的具有能量的物质。能源是人们生活过程中不可或缺的一部分，没有能源，人们的生活会一片混乱，甚至人们的生活难以维持，所以人们的生活离不开能源。因此，能源技术的发展和应用是所有人都关心的焦点^[5]~[7]。虽然能量的存在形式多种多样，例如：核能、风能、潮汐能、光能等，但是，在当今世界上，人们使用能源的方式都是通过热能来实现的，人们经常将其他能量形式通过一些方法或者仪器转变为热能的形式来利用，由于热能使用较为方便，因此世界上许多国家都是使用此方法来使用能量。但是，随着人们使用热能的时间增长，人们发现一些传统能源的储量已经不是很充分了，故而人们开始研究能源利用方法和新的能源，而储热技术便是在这种背景下兴起的。人们在使用热能过程中，往往不能做到100%的使用，因此就会产生热能的浪费，而储热技术便是专门研究如何提高热能的使用效率和如何利用废热的技术。通过储热技术，人们可以提高热能的利用效率，避免产生废热，即使产生废热，也可以将热能使用过程中产生的废热收集起来进行二次利用。目前对于储热技术的研究集中在储热材料及储热过程的开发，而新型高效储热材料更是近年来能源和材料科学领域中的研究热点。

1.2储热方式的分类及特点

储热材料的发挥作用需要通过两个步骤，第一个步骤是储存热量，也就是人们在使用热能时产生的废热或者余热收集起来，然后将其储存在储热材料中；第二个步骤是将储存在储热材料中的能量用于人们的生活当中，也就是当人们需要能量时，通过某些方式或者仪器将储存在储热材料中的能量利用起来为人们服务。通过将能量储存在储热材料中和使用某些方式或者仪器再将储存在储热材料的能量利用起来就可以实现提高热能的利用效率和节省能源的目标^[8][9][10]。储热方式主要有三种：显热储热、潜热储热及化学反应储热。

1.2.1显热储热