十二水磷酸氢二钠定形复合相变材料

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为降低建筑能耗,提供室内热舒适,具有高潜热、高储能密度、来源广、成本低等优点的无机水合盐相变材料(PCMs)为广大研究者所关注。然而,无机水合盐PCMs面临着过冷、相分离以及固-液相变泄漏等问题,限制其应用。本文以十二水磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)为主PCM,分别以低导热亲水性气相二氧化硅(Si O2)和高导热二氧化硅亲水改性的膨胀石墨(MEG)作为多孔基质载体,通过熔融浸渍法制备适用于建筑墙体保温材料和辐射供暖相变地板的定形复合相变材料(CPCMs)。研究了成核剂Na2Si O3·9H2O质量分数对Na2HPO4·12H2O过冷和相变性能的影响;将获得的Na2HPO4·12H2O PCM与Si O2复合,制备了Na2HPO4·12H2O/Si O2定形复合相变材料(CPCMs)。为解决复合后Na2HPO4·12H2O失去部分结晶水(由12个结晶水变成7个结晶水)问题,蔗糖作为辅助添加剂被引入,探讨了蔗糖质量分数对CPCMs相变性质的影响;并分析了CPCMs的定形效果,也对定形CPCM的化学组成、晶体结构、热可靠性等进行了表征。结果表明:添加4%Na2Si O3·9H2O可将Na2HPO4·12H2O过冷度((35)T)降至3.13°C;添加3%蔗糖可解决复合物中Na2HPO4·12H2O的失水问题。含30%Si O2的CPCM展现了优异定形效果及热性能:适宜的相变温度(Tm=27.62°C)、高的相变焓值((35)Hm=119.5 J/g)及低的过冷度((35)T=2.72°C)。FT-IR及XRD分析结果显示,Na2HPO4·12H2O PCM与Si O2之间是物理作用,经历200次冷热循环后,定形CPCM展现了良好的热可靠性。为获得亲水性MEG,采用硅溶胶(Si O2)改性膨胀石墨(EG),并分析了MEG亲水性能;将上述获得的含4%Na2Si O3·9H2O的Na2HPO4·12H2O PCM与MEG复合,并使用蔗糖解决Na2HPO4·12H2O在复合体系中的失水问题,研究了Na2HPO4·12H2O/MEG CPCMs在该过程中的相变行为,探讨了MEG质量分数对CPCMs的定形效果;通过FT-IR、XRD、200次冷热循环等手段对定形CPCM进行了表征。结果表明:含15%Si O2的MEG亲水性能最佳,含4%Na2Si O3·9H2O和3%蔗糖的Na2HPO4·12H2O PCM与20%MEG复合后,得到的CPCM定形效果和热物性最佳:Tm为33.52°C,(35)Hm为158.5 J/g,(35)T为2.29°C。Si O2形成薄的涂层通过物理作用覆盖在EG表面;定形CPCM中MEG与Na2HPO4·12H2O PCM也为物理结合;经历200次冷热循环后,Na2HPO4·12H2O/MEG定形CPCM展示了稳定的热性能。
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