聚乙二醇基相变复合材料杂化网络结构的设计及其光-电-热转换性能

摘要

为了探究不同结构的纳米粒子对聚乙二醇(PEG)基相变复合材料形状稳定性及光电转换效率的影响,本文将碳纳米管(CNT)分别与BN、Al_(2)O_(3)以及铜粉(Cu)通过物理杂化的方式制备了PEG-聚乳酸(PLA)-CNT-X_((y))相变储能复合材料。通过导电数据分析发现,Al_(2)O_(3)和Cu纳米填料的加入对PEG-PLA-CNT-X(y)复合材料的导电性能影响较小,使复合材料仍然具有较高的导电性能;而BN的引入使复合材料的导电性能急剧下降,当BN的质量含量比达到40%时,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-BN_((40))复合材料的电导率仅为8.71×10^(-7)S/m,呈现出明显的绝缘性。通过SEM和EDS能谱发现,Al_(2)O_(3)纳米粒子在复合材料内部均匀分布,当Al_(2)O_(3)质量含量比为40%时,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料热导率和增强因子(Φ)值分别高达5.81 W/(m·K)和363.6%;相较于PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)复合材料,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料在160℃时仍具有较高的形状稳定性,没有出现PEG的泄露和塌陷现象。相比于其他纳米粒子,Al_(2)O_(3)的引入能够显著提高PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料的光热转换效率(η),η值从42.9%提升至79.9%。而且复合材料对光的响应灵敏度更高,响应速度更快,电流变化曲线更加平滑,具有优异的光电转换性能。