硅胶和多孔玻璃对固-固相变储能材料四氯合锌酸十四烷基铵储热性能调控

摘要

相变储能材料是通过物质相态转化来储存或释放能量的功能材料，目前被广泛的应用于军事、建筑、医药、航空航天等领域，大幅提高能源的利用率。但目前相变材料存在的相变温度适用范围小、储能密度低、过冷度大等问题限制了其适用范围，性能优良的相变材料并不能完全满足各种工作环境要求。四氯合锌酸十四烷基铵[(C14H29NH3)2ZnCl4，C14Zn]是一种层状类钙钛矿型固-固相变储能材料，在外观结构上具有明显的层状结构，分子内部为有机-无机杂化层，具有稳定的晶体结构。在热力学性能方面，储热密度高，相变焓值大，过冷度相对较小，相变过程无液相、气相生成，化学性能稳定且环境友好。硅胶（SG）和多孔玻璃（CPG）是孔径大小固定，内部孔道分布均匀的常见多孔材料，在本实验中，利用硅胶和多孔玻璃特有的孔道小尺寸效应、孔道壁表面与界面效应和多孔材料内部的宏观量子隧道效应，对相变材料的热力学性能进行调控。本研究基于液相反应法制备了相变材料四氯合锌酸十四烷基铵(C14H29NH3)2ZnCl4，利用溶液浸渍法制备 C14Zn/SG(d=15-200nm)和C14Zn/CPG（d=11.5-300 nm）复合相变储能材料。通过DSC、SEM、XRD等手段表征了上述材料的热力学性能和结构特征，探究了不同种类以及不同孔径的多孔材料对相变材料四氯合锌酸十四烷基铵储热性能的调控。本研究的主要工作如下：
　　（1）基于液相反应法，制备四氯合锌酸十四烷基铵(C14H29NH3)2ZnCl4，并用SEM、XRD、DSC等手段表征产物的结构和热力学性能。
　　（2）利用SEM、XRD、DSC表征硅胶SG和多孔玻璃CPG的结构和热力学性能，探究硅胶和多孔玻璃的净化。
　　（3）基于溶液浸渍法，利用多孔材料对溶液的吸附性能，将(C14H29NH3)2ZnCl4（C14Zn）吸附进不同孔径的硅胶SG和多孔玻璃CPG内，加热并真空抽滤、除尽无水乙醇，制备C14Zn/SG(d=15-200nm)和C14Zn/CPG（d=11.5-300 nm）复合材料。并用SEM、XRD、DSC等手段表征其结构和热力学参数，研究不同种类以及不同孔径的多孔材料对四氯合锌酸十四烷基铵储热性能的调控。

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1前言

1.1相变储能材料简介

1.1.1相变储能材料的研究概况

1.1.2相变储能材料的分类

1.1.3相变储能材料存在的问题及改性方法

1.2多孔材料简介

1.2.1多孔材料的分类

1.2.2 多孔材料的合成机理

1.2.3多孔材料的应用

1.2.4多孔材料的研究意义

1.3层状类钙钛矿材料

1.3.1层状类钙钛矿的组成和结构

1.3.2层状类钙钛矿的制备方法

1.3.3层状类钙钛矿的应用及前景

1.4表征方法的简介

1.4.1 差示扫描量热法

1.4.2 SEM分析法

1.4.3 XRD射线分析法

1.5本课题选题依据及研究内容

2 实验材料和研究方法

2.1实验材料

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.2研究方法

2.2.1(C14H29NH3)2ZnCl4 (C14Zn)的制备

2.2.2 C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料的制备

2.2.3 C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料的评测方法

3结果与分析

3.1 C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料结构研究

3.1.1 C14Zn、C14Zn/SG和C14Zn/CPG的扫描电镜图

3.1.2 C14Zn、C14Zn/SG和C14Zn/CPG的XRD图谱分析

3.2 C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料热力学性能研究

3.2.1 C14Zn 、C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料DSC相图分析

3.2.2 C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料相变温度与孔径关系

3.2.3 C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料相变焓与孔径关系

3.2.4 C14Zn/SG和C14Zn/CPG复合材料的热循环性能

4 结论

5 创新之处

参考文献

致谢

8 攻读学位期间发表论文情况