摘 要

目前相变储热材料变得越来越受关注，相变材料有其独特的潜热性能：相变材料发生相变时可以储存或释放能量。利用此特性可以提高能源的利用率，节约能源，还可以用来维持室温的稳定。

本文研究了硬脂酸/碳纳米管复合相变储热材料的热性能。硬脂酸作为有前途的相变材料，是由于其低过冷度、无毒性、热和化学稳定性好、体积变化小，自发成核行为和形成低共熔混合物，但其热扩散系数偏低，因而利用导热性能相对较好的碳纳米管作为导热增强相来改善其传热性能。同时，通过改变硬脂酸与碳纳米管之间的配比，来研究碳纳米管对该复合材料性能的影响。

以硬脂酸为相变材料，碳纳米管为导热增强相，采用熔融共混工艺，制备出硬脂酸/碳纳米管复合相变储热材料，通过DSC、热常数分析仪对制备的复合材料进行性能研究。结果表明：碳纳米管的加入可以有效的提高相变材料的热扩散系数，并且其随着碳纳米管的含量增加而变大。

关键词：硬脂酸；碳纳米管；复合相变储热材料

Abstract

Currently research on the domestic thermal storage properties of phase-change materials (PCMs) is increasing. Phase-change materials have unique properties of latent heat : when its phase is changing, it can store/release energy during their melting/freezing process .Using this feature not only a variety of facilities to improve energy efficiency can be produced, but also because of the phase transition temperature is approximately constant, PCMs can be used to adjust and control the ambient temperature, and can be reused many times.
This paper studies the thermal storage properties of stearic acid / CNTs composite phase-change material. Stearic acids are taken as promising PCMs due to the property of low super-cooling, non-toxicity, good thermal and chemical stability, small volume change, self-nucleating behavior and forming eutectic mixtures , but the thermal conductivity is low . Thus, CNTs with relatively good performance of heat conduction is added as to the thermal performance of heat transfer. Also, by changing the ratio between the stearic acid and CNTs, the properties of the composite materials were studied.
Stearic acid is the phase change material while CNTs plays as reinforcement to improve the thermal conductivity. By using melt blending process, the stearic acid / CNTs composite phase-change thermal storage materials are prepared. Making use of the DSC, thermal constant analyzer, the structure and properties of the composite material were studied. The results showed that: the addition of carbon nanotubes can effectively increase the thermal diffusion coefficient of phase change materials, and with the increase of the content of carbon nanotubes and bigger.

Key Words：Stearic acid；CNTs；Composite phase change materials

目 录

第1章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 储热技术概述 2

1.3 相变储热材料的分类及特点 2

1.4 相变材料的选择 4

1.5 相变材料的应用 5

1.5.1 太阳能储能中的应用 5

1.5.2 建筑领域中的应用 5

1.5.3 电子行业中的应用 5

1.5.4 工业加热中的应用 6

1.5.5 医药工业中的应用 6

1.5.6 现代农业中的应用 6

1.5.7 纺织行业中的应用 6

1.5.8 汽车工业中的应用 7

1.6 复合相变储热材料研究进展 7

1.7 论文选题意义与研究内容 7

1.7.1 选题意义 7

1.7.2 研究内容 8

第2章 硬脂酸/碳纳米管复合相变储热材料性能研究 9

2.1 实验 9

2.1.1 原料 9

2.1.2 实验仪器 9

2.1.3 材料的制备 10

2.1.4 测试与表征 10

第3章 结果与讨论 12

3.1 DSC分析 12

3.2 热扩散系数分析 15

3.3 小结 15

第4章 结论与展望 17

参考文献 18

致 谢 19

第1章 绪论

1.1 前言

能源这一词我们在过去很少提到，但是现在我们的能源消耗越来越大，而能源却越用越少，所以当前能源一词成为了社会的一个热点。能源也可以被称作能量资源，人们的生活和生产都离不开能源。能源是是人类赖以生存的基础，可以推动人类社会的进步，也可以促进科技的发展。从 古 至 今 ，人 们 的 生 活 一 直 离 不 开 能 源 ， 能 源 为 农 业 、 工 业 、国防 和 科 学 技 术 的 发 展 提 供 重 要 的 物 质 基 础 ，为 人 类 的 进 化 步 提 供 必 需 的 动 力 。 随着人类社会的进步与发展， 人 类 对 能 源 的 消 费 需 求 日 益 增 加 ，能源问题也就变得越来越突出了。能源可以为人类带来许多的利益，但是我们在使用能源的时候也会遇到一系列的麻烦，如能源短缺，大量使用化石能源而造成的环境污染。从 2 0 世 纪 7 0 年 代 起 ， 能 源 问 题 就 被 列 入 世 界 5 大 问 题（ 能 源 、人 口 、粮 食 、环 境 、资 源 ）之 一 。能 源 变得越来越重要，但是对 于人 类 来 说 ， 能 源 永 远 是 匮 乏 的 。能源已成为21世纪的最重要话题之一。现代以来人们使用最多的能源是化石能源，但是地球上储存的化石能源是有限的，消耗一点就少一点。经科学家们推测，地球上现有的化石能源将在100年内会被陆续的消耗完。如果化石能源被消耗完了而人类又没有找到新的能源，这将会导致严重的后果。最严重的状态就是工厂大量倒闭，大量工人失业，或甚至为争夺石油而引发战争。因此我们迫切需要提高能源利用率和寻找可再生的清洁能源代替化石能源，以实现社会经济的可持续发展。

我国化石能源的储存量非常的大，资源占有量可以排到世界前十，但是我国人口却是世界上最多的，人均资源就很少了。因此我国每年要开采大量的化石能源，每年都要消耗大量的资源，据我国科学家预测，我国的所有化石资源将在150年内开采完。中国是世界上最大的发展中国家，经济快速发展的过程中伴随着能源大量的消耗，同时环境污染也变得越来越严重了，因此我们迫切需要解决发展中能源巨量消耗和污染环境的问题。我国当前的首要任务就是正确的处理好经济发展，能源消耗，环境污染三者的关系，找到一种可以解决这一问题的办法，探究出一条既能保持经济快速增长、又能降低能源消耗量和污染排放量的可持续发展之路。因此，如何减少传统化石能源的消耗，提高能源的利用效率，以及开发新的可再生能源就成为当前社会的研究热点。