光转换型储热节能薄膜的合成与表征

摘要

由于纯相变储能材料无法利用全波段太阳辐射，而氧化石墨烯作为一种碳纳米材料的，具有紫外-可见-近红外全波段吸收和高导热系数的特性。所以用它作为光热转换材料，通过超声辅助物理共混的方法与相变材料聚乙二醇（PEG）共混构筑光热转换和相变储能于一体的复合相变材料，可以实现对可见光的有效利用。本文将复合相变材料制备成薄膜，对其性能进行初步的研究。主要通过扫描电子显微镜（SEM），X射线衍射仪（XRD），傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR），差示扫描量热仪（DSC）、紫外分光光度计以及自组装光热转换系统等手段对复合相变材料的微观形貌、晶相、官能团、储热性能和光热转换性能进行了分析。 首先，利用氧化石墨烯（GO）的全波段吸收和光热转换功能，与相变材料PEG物理共混制备GO/PEG复合相变材料。复合相变材料呈层状结构，PEG分布在GO的片层之间或吸附在GO的表面，随GO含量的增加其层间的堆叠变得较复杂，表面也比较粗糙。复合相变材料的相变温度为50.5℃，相变潜热超过80J/g，具有很好的储热性能。复合相变材料在可见光波段范围内（380-760nm）存在吸收，能通过光驱动来存储能量，具有较高的光热转换和能量存储的效率，η均大于0.75。 其次，利用具有较高的吸光性的偶氮苯衍生物共价改性石墨烯来提高其在可见光波段的吸光性，再将改性后的GO与相变材料PEG物理共混制备具有光热转换和储能功能的复合材料。结果表明：GO和偶氮苯分子之间通过酰胺键（-NH-CO-）接枝在一起，改性后的GO片层间距变小。复合相变材料中PEG分布在GO的片层之间或通过氢键等强的相互作用吸附在GO的表面，造成材料的表面比较粗糙，层间堆叠更复杂。该复合相变材料具有较高的相变潜热，相变焓超过85J/g，具有很好的储热性能，其相变温度为50.6℃。在可见光波段复合相变材料的吸光性较高，光热转换和能量存储的效率较高，η均大于0.8。 最后将所制得的复合相变材料进一步制备成薄膜材料，通过优化复合相变材料的掺量，得出复合相变材料的掺量不能过多，不超过15%，否则影响采光。本研究制备的薄膜材料具有较好的柔韧性和机械性能，其耐酸碱腐蚀性能也较好，也具有良好的储能性能。

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