多壁碳纳米管/棕榈酸复合相变材料的制备与研究

摘要

多壁碳纳米管(MWNTs)具有优异的机械和导热性能。由于MWNTs极易团聚，分散能力很差，其应用领域受到很大限制，因此针对MWNTs进行功能化修饰以提高其在溶剂和有机质中的分散能力的技术不断发展。为了使碳纳米管能有效地增强棕榈酸的传热性能，就要保证MWNTs能在棕榈酸中较好分散，并与棕榈酸保持适当的界面结合能。本文通过混酸氧化和吸附连苯三酚对碳纳米管进行功能化处理，使碳纳米管表面产生多种含氧基团，形成稳定均匀的纳米复合相变材料。
　　 使用差示扫描量热仪对复合材料的相变温度、相变潜热和蓄热时间进行了测试，实验结果表明，与纯棕榈酸相比，随着MWNTs含量的增多，复合材料的相变潜热明显降低;MWNTs质量分数相同时，随着MWNTs氧化时间的增加，复合材料相变潜热的降低程度减小。添加氧化时间10小时质量分数1％的MWNTs复合材料的相变潜热只下降了1.62％，而蓄热时间缩短了8.4％。当氧化10小时的MWNTs吸附连苯三酚后，质量分数1％的MWNTs复合材料的蓄热时间缩短了16.3％。热导率仪的测试结果表明，复合材料的导热系数随MWNTs含量的增加以及氧化时间的延长而升高。
　　 将多壁碳纳米管/棕榈酸复合相变材料进行100次冷热循环后，测试其相变温度、相变潜热和化学结构，发现基本没有发生变化，表明复合材料具有良好的热循环稳定性。
　　 为了进一步揭示影响多壁碳纳米管分散能力的因素，利用X射线光电子能谱分析了MWNTs基本元素组成，并通过分峰拟合曲线给出了各种含氧官能团的相对含量，表明羰基含量的增加是MWNTs分散能力增强的主要原因。对经过不同处理的多壁碳纳米管利用紫外可见分光光度计进行测试，结果发现氧化10小时并吸附连苯三酚的MWNTs的吸光度最大，在溶剂和棕榈酸中的分散能力最强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 碳纳米管的结构特征

1．2 碳纳米管的性能

1．2．1 力学性能

1．2．2 电学性能

1．2．3 场发射性能

1．2．4 电磁性能

1．2．5 热学性能

1．3 碳纳米管的制备

1．3．1 电弧放电法(Arc Discharge)

1．3．2 化学气相沉积法(CVD)

1．3．3 脉冲激光蒸发法(PLV)

1．4 碳纳米管的纯化

1．4．1 物理方法

1．4．2 化学方法

1．5 碳纳米管分散性的研究

1．5．1 机械法增强CNTs的分散性

1．5．2 功能化法增强CNTs的分散性

1．6 碳纳米管导热性能及其他应用的发展历程

1．6．1 碳纳米管增强复合材料导热性的研究

1．6．2 碳纳米管在其它领域的应用

1．7 相变储能材料

1．7．1 潜热储能材料简介

1．7．2 固——液相变材料

1．7．3 相变材料的传热改性

1．7．4 相变材料的应用

1．8 本课题的研究意义和内容

1．8．1 本课题的研究意义

1．8．2 本课题的提出和研究内容

第二章 纳米复合相变材料的制备和表征

2．1 前言

2．2 实验过程

2．2．1 实验原料和试剂

2．2．2 实验设备和检测仪器

2．2．3 实验过程

2．3 实验结果和讨论

2．3．1 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析

2．3．2 X-射线光电子能谱(XPS)分析

2．3．3 扫描电子显微镜(SEM)观察

2．3．4 差示扫描量热仪(DSC)和热导率仪的热性能分析

2．4 本章小结

第三章 纳米复合相变材料热学性质的测试原理和方法

3．1 引言

3．2 测试方法和表征手段

3．2．1 热分析方法的选择

3．2．2 DSC的工作原理

3．2．3 相变温度和相变潜热的测定

3．2．4 导热系数的测定

3．3 本章小结

第四章 纳米复合相变材料相变温度和相变潜热的测定

4．1 引言

4．2 纳米复合相变材料相变温度和潜热的测定

4．2．1 DSC的测试步骤

4．2．2 不同氧化程度MWNTs-PA相变温度和潜热的测定

4．2．3 不同质量分数MWNTs-PA相变温度和潜热的测定

4．2．4 不同质量分数MWNTs-C6H6O3-PA相变温度和潜热的测定

4．3 复合相变材料循环稳定性的测定

4．3．1 复合相变材料热性能的DSC测定

4．3．2 复合相变材料化学结构的FTIR测定

4．4 相变温度和潜热影响因素的理论分析

4．4．1 相变温度的影响因素分析

4．4．2 相变潜热的影响因素分析

4．5 本章小结

第五章 纳米复合相变材料传热性能的研究

5．1 引言

5．2 复合相变材料导热系数的测定

5．2．1 不同质量分数MWNTs对导热系数的影响

5．2．2 不同种类MWNTs对导热系数的影响

5．3 复合相变材料蓄热时间的测定

5．3．1 不同氧化程度MWNTs-PA蓄热时间的测定

5．3．2 不同质量分数MWNTs-PA蓄热时间的测定

5．3．3 不同质量分数MWNTs-C6H6O3-PA蓄热时间的测定

5．4 多壁碳纳米管分散能力对传热性能的影响

5．4．1 X射线光电子能谱(XPS)分析

5．4．2 紫外可见光吸收光谱(UV-vis)分析

5．5 本章小结

第六章 结论和建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书