石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究
泡沫石墨作为相变储能材料填充物的研究_杨晟
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－２５；修 回 日 期 ：２０１２－０２－１６ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１１０８３９６）；厦 门 理 工 学 院 科 研 启 动 基 金 资 助 项 目 （ＹＫＪ０９００９Ｒ） 作 者 简 介 ：杨 晟 （１９８４－ ），男 ，湖 南 岳 阳 人 ，博 士 ，厦 门 理 工 学 院 讲 师 ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ（ＰＣＭ），ｐａｒａｆｆｉｎ，ｗａｓ ａｂｓｏｒｂｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｏａｍ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｏｒｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｂｙ ｍｅｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｖａｃｕｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ａ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｈｅａｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｏａｍ ａｎｄ ｐａｒａｆｆｉｎ．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎａｌｙｚｅｒ Ｈｏｔ Ｄｉｓｋ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ（ＤＳＣ）．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｒａｆｆｉｎ ｃａｎ ｂｅ ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ ａｂｓｏｒｂｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｐｏｒｅｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｏａｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｔｈａｎ ｐｕｒｅ ｐａｒａｆｆｉｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｏａｍ．Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ａ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ａｌｓｏ ｍａｄｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｐｕｒｅ ｐａｒａｆｆｉｎ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒａｉｓｅｄ ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｕｒｅ ｐａｒａｆｆｉｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｏａｍ；ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ（ＰＣＭ）；ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｈｅａｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｐｅｅｄ
改性石蜡的储热性能检测
改性石蜡的储热性能检测张晓燕;高建民;崔新宇【摘要】为了解决太阳能间歇性,最大程度的提高太阳能利用率,选择石墨、硫酸铝铵分别与石蜡做成复合储热材料,按照不同的质量配比混合制备试样.利用差示扫描量热仪( DSC)和数据采集系统(M400)对几种石蜡类复合相变储热材料的热性能进行实验分析.结果表明:石蜡中加入40％的硫酸铝铵,使复合相变储热材料的潜热增加、热导率显著提高,储放热时间明显缩短；石蜡-硫酸铝铵(质量配比为6∶4)是太阳能相变储热材料的较优配比.%Composite materials were prepared by adding graphite or aluminium ammonium sulfate to paraffin at different mass ratios in order to solve solar intermittency and increase utilization rate of solar energy to the greatest degree. The thermal performance of the several paraffin composite materials was tested using differential scanning calorimeters and data collection system (M400). Results showed that the addition of 40% aluminium ammonium sulfate to paraffin increased the latent heat of the composite, obviously improved the thermal conductivity, and markedly shortened the heat storage and release time compared with paraffin without aluminium ammonium sulfate. The optimal mass ratio of paraffin to aluminium ammonium sulfate is 6 : 4 for the latent heat storage material.【期刊名称】《东北林业大学学报》【年(卷),期】2011(039)010【总页数】4页(P136-139)【关键词】改性石蜡;储热性能检测;石墨;硫酸铝铵【作者】张晓燕;高建民;崔新宇【作者单位】木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学),北京,100083;木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学),北京,100083;木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学),北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TK02能源的供应与需求都有较强的时间性与间歇性，在很多情况下都不能被合理地利用，从而导致能源的大量浪费。
基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究
第52卷第1期2021年1月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.1Jan.2021基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究吴婷婷，胡艳鑫，容惠强，王长宏(广东工业大学材料与能源学院，广东广州，510006)摘要：以纯石蜡为相变介质，膨胀石墨(EG)为主要的导热骨架，制备导热增强的复合相变材料；搭建可视化的测试平台，通过分析添加材料质量分数对复合材料熔融相变过程的影响，研究在恒热流密度下不同复合相变材料传热性能和传热规律的差异。
此外，利用红外热像仪观察熔融过程中指定点的温度分布演变。
研究结果表明：添加EG-100可以进一步强化复合材料的传热性能；当质量分数为5%时，相对于EG-80，添加EG-100的复合相变材料的热扩散系数提高了42%；在相变材料的熔化过程中，当添加材料的质量分数分别为2%和4%时，熔化后期材料内部自然对流的作用被削弱，综合传热效果下降；添加质量分数6%的导热增强材料可以使复合相变材料整体传热性能得到改善；随着热增强材料质量分数的增加，复合相变材料内部沿y 方向的传热基本不受影响，但在沿着重力方向(z 方向)的热分层现象逐渐减少。
关键词：复合相变材料；膨胀石墨；可视化；传热性能中图分类号：TK01文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）01-0200-10Research on heat transfer performance of composite phasechange materials based on expanded graphiteWU Tingting,HU Yanxin,RONG Huiqiang,WANG Changhong(School of Materials and Energy,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)Abstract:Pure paraffin was used as phase change medium,and expanded graphite was added to reinforce the heat-conducting skeleton.Subsequently,a composite phase change material(CPCM)with excellent thermal conducting property was prepared.A visualized testing platform was set up to analyze the influence of adding material mass fraction on the melting process of composite phase change materials under constant heat flux condition.The difference in heat transfer performance and regularity of the composite phase change material with various massDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.01.020收稿日期：2020−08−29；修回日期：2020−10−20基金项目(Foundation item)：广州市黄浦区国际科技合作项目(2019GH02)；广东省科技计划项目(2017A050506050)；广东省自然科学基金资助项目(2018A030310515)；国家自然科学基金资助项目(51676049)(Project(2019GH02)supported by the International Science and Technology Program of Huangpu District of Guangzhou City;Project(2017A050506050)supported by the Science and Technology Program of Guangdong Province;Project(2018A030310515)supported by the Natural Science 引用格式：吴婷婷,胡艳鑫,容惠强,等.基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(1):200−209.Citation:WU Tingting,HU Yanxin,RONG Huiqiang,et al.Research on heat transfer performance of composite phase change materials based on expanded graphite[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(1):200−209.第1期吴婷婷，等：基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究fractions were investigated.In addition,the evolution of the temperature distributions was visualized by using the infrared thermal imager at specified points during the melting process.The results show that the thermal performance of CPCM can be furtherly enhanced by adding EG-100.When the mass fraction is5%,the thermal diffusion coefficient of the CPCM based on EG-100is increased by42%compared with that of the CPCM based on EG-80.When2%or4%heat conduction enhancement material is added,the natural convection inside the material is weakened in the later stage of melting,resulting in a decrease in the overall heat transfer effect.Adding 6%of thermal conductivity enhancement material improves the overall heat transfer performance.As the mass fraction of thermally enhanced materials increases,the heat transfer along the y-direction inside the composite phase change material is basically unaffected,but the thermal stratification along the direction of gravity(z-direction)gradually decreases.Key words:composite phase change material;expanded graphite;visualization;heat transport performance相变材料(PCM)冷却是一种高效、低成本的非能动冷却技术[1]。
散热器用石墨基复合材料的研究
华中科技大学硕士学位论文散热器用石墨基复合材料的研究姓名：张少君申请学位级别：硕士专业：@指导教师：史玉升20090523华中科技大学硕士学位论文摘要石墨材料具有密度小，热导率高等特点，用于散热器材料，特别符合电子设备轻量化，便携式的发展要求。
在国外，已经有公司生产了石墨散热器，现有的石墨散热器只是将石墨加工成片状，组装在金属底座上，原因是石墨材料强度低，韧性差，难以直接成形复杂形状，这样大大限制了石墨材料作为散热器材料的应用，为此本文围绕提高石墨材料力学、导热性能展开了研究。
采用熔融搅拌法，研究了不同粘接剂材料对石墨粉末的润湿性能，发现环氧树脂、中温沥青及改性沥青对石墨粉末的润湿性能较好，但是环氧树脂在碳化过程中会形成玻璃炭结构，对石墨基复合力学性能和热导率是不利的，故不选用环氧树脂作为粘接剂；通过热失重分析，得到改性沥青的残碳率高于中温沥青，而残碳率高有利于提高材料的力学性能和导热性能，故选择改性沥青作为粘接剂。
通过选用不同粒度的石墨粉末进行实验，结果发现在粘接剂含量一定(20wt.%)时，石墨粉末的粒度的最佳值为D50=18.1μm，使得材料的力学性能和导热性能较优；通过改变粘接剂含量进行实验，研究得到石墨基复合材料抗弯强度和热导率都是随着粘接剂含量的增加先增加后减小，在粘接剂含量为30wt.%时，抗弯强度和热导率分别为10.65MPa和10.789W m-1K-1。
针对石墨材料强度低，脆性大的弱点，本文采用了短切碳纤维进行增强研究。
研究了碳纤维进行表面液相氧化处理和碳纤维含量对复合材料性能的影响，实验结果表明：液相氧化后，能提高碳纤维与基体的粘结能力，从而提高复合材料的抗弯强度；随着碳纤维含量的增加，复合材料的抗弯强度和热导率先增大后减小；当碳纤维含量为3wt.%时，复合材料的抗弯强度和热导率最高，分别为14.06MPa和15.132 W m-1K-1，明显高于未加碳纤维增强石墨基复合材料。
脂肪酸和石蜡复合相变材料导热系数的研究
相变材料储能技术在节能领域的应用已经比较成熟，通 而增大。丁剑红等团通过在定形相变材料中加入添加剂，并对
过近似等温的相变过程吸收，释放大量的热量，实现热能转换 其材料导热系数进行了定量分析，实验结果表明，石墨添加剂
的同时还可以保证热舒适性。相变材料的相变温度、相变潜热 可以显著提高定形相变材料的导热系数。孙文鸽等｝引通过数
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：２３ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ，ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ ａｎｄ ｐａｒａｆｆ ｉｎ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａ ｎ ｇｅ ｍａｔｅｒｉａ ｌｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ— ｐｅｒ．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎ ｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈ ｅ ｅｘｐｅ ｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｎｌｅ ｐｈａｓ ｅ ｃｈａｎ ｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｉｎｖｅｒｓｅｌｙ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｆｏｒ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｈａｓ ｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｗｈｅｎ ｉｔ ｉｓ ｉｎ ｐｕｒｅ ｓｏｌｉｄ ｏｒ ｐｕｒｅ ｌｉｑｕｉｄ，ｔｈｅ ｔｈｅｒ ｍ ａ ｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ｂａｓｉｃａ ｌｌｙ ｓｔａｂｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈａ ｓ ｌｉｔ— ｔｉｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ａｆｔｅｒ ５００ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ／ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｌｅａｓｅ ｃｙｃｌｅ ｔｅｓｔｓ，ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎ ｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ ｂｉｎａｒｙ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄｓ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐａｒａｆｆｉｎ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅｓ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ Ｗａｓ ｂｅｌｏｗ １０％．Ｔｈ ｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｖｅ ｇｏｏｄ ｃｙｃｌｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．
石蜡_膨胀石墨复合相变储热材料的性能研究
Fig 5 XRD spect ra of expanded grap hite , paraffin and co mpo site p hase change material
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90 %(质量分数) 的石蜡/ 膨胀石墨复合相变储热材料 。
采用扫描电镜 ( SEM) 、偏光显微镜 ( PM) 、X 射线衍射
( XRD) 及差示扫描量热分析 (DSC) 对复合相变储热材
料的结构和性能进行了表征 。结果表明 ,膨胀石墨吸
附石蜡后仍然保持了原来疏松多孔的蠕虫状形态 ,石
蜡被膨胀石墨微孔所吸附 ,在石蜡质量含量为 90 %时
仍保持定型特性 ;复合相变储热材料没有形成新物质 ,
其相变温度与石蜡相似 ,相变焓与基于复合材料中石
蜡含量的相变焓计算值相当 。
关键词 : 石蜡 ;膨胀石墨 ;储热材料
中图分类号 : T K02
文献标识码 :A
文章编号 :100129731 (2009) 0821313203
1 引 言
储热技术在太阳能利用 、电力的“移峰填谷”、废热 和余热的回收利用 、电子元件的散热冷却以及工业与 民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广阔的应用前 景[1～4] 。利用相变材料的固2液相变潜热来储存热能 的储热技术 ,因具有储能密度大 、储 (放) 热过程近似等 温 、过程易控制等优点 ,而成为最具实际发展潜力和最 重要的储热方式[5] 。储热技术应用的关键是高性能相 变储热材料 。复合相变储热材料旨在既克服单一的无 机物或有机物相变储热材料存在的缺点 ,又改善相变 材料的应用效果乃至拓展其应用范围 ,是储热材料的 发展方向[6 ,7 ] 。
高导热定形聚乙烯／石蜡／膨胀石墨相变复合材料的研究
２ 实 验
２ ． １ 实 验 原 料
１ 引 言
相 变材料 的相变潜 热 蓄热 或者 蓄冷 具有 温 度 变化
高密 度聚 乙烯 （ ＨＤ Ｐ Ｅ 中空级 １ ７ ８ ９ ） ， 北 京利 是 行 技 贸 有 限责 任 公 司 ； 固体 切 片石 蜡 （ Ｐ ） ， 熔点 ６ Ｏ ～６ ２ ＾ Ｃ， 上 海华 申康 复 器 材厂 ； 天然 鳞 片 石 墨 ， 山东 南 墅 石 墨厂 ； 高氯酸， 天津试剂厂， 质量分数为 ７ ０ ％～ ７ ２ ％，
含量 ６ ５ （ 质 量分数 ） ） 。膨胀 石 墨 和 鳞 片 石 墨 的加 入 均 能提 高复合 材料 的 热 导 率 。膨 胀 石 墨 含 量 为 １ Ｏ
（ 质 量 分数 ） 时， 样 品 的 热 导 率 与 无 导 热 增 强 剂 样 品 相 比较 提 高 率 为 ５ ９ ４ ， 而 相 同 质 量 分 数 的 鳞 片 石 墨 热
的表 面活性 和 独特 的 网格 状空 隙结 构 。因此 膨胀 石 墨
既可 以作 为相 变 材料 的载 体 ， 又 能 作 为 相变 材 料 的导 热增 强剂［ １ ２ １ ３ ］ 。本 文 以高密 度 聚 乙烯 （ ＨＤ Ｐ Ｅ） 为 基 体 材料 ， 与石 蜡熔 融共 混 ， 然 后添 加膨 胀石 墨或 鳞 片石 墨 作为 导热 增强 体 ， 研 究 不 同石 墨类 型 和 含量 对 相 变 复
２ ． ２ 实 验 仪 器
பைடு நூலகம்
Ｓ 一 ４ ８ ０ ０电子 扫描 电镜 ； ＮＥ Ｔ Ｚ Ｓ Ｃ Ｈ ２ ０ ０ Ｆ ３差 示 扫 描 量热 仪 ； ＮＥ Ｔ Ｚ Ｓ Ｃ Ｈ Ｉ Ｆ Ａ ４ ４ ７ 激 光法 导热分 析仪 。
石墨烯及其复合材料导热性能的研究现状
可使石墨烯与 S i衬底的热耦合作用很小。所以 热波在石墨烯悬空部分上产生后向散热片扩散。
经多次试验将实验中的激光波长选择为 488nm。
SLG 上的热扩散具体模式不明确, 其取决于
薄片及其边界形状。径向热流从两个方向向沟
槽边缘传输, 即从悬空薄片的中间部分向其边界
传播及平面波从两个相反方向向沟槽边缘传播。
碳材料
GTS( 导热石墨片 ) CNT ( s) 金刚石 石墨烯
1500~ 1700 3000~ 3500 1000~ 2200 4000~ 6600
其它
硅胶
1~ 3
碳材料的导热性能受材料微晶结构, 组成相 种类及 sp2 / sp3 无序程度 等因素的影响, 且二维 材料的导热系数较难测试, 需测试其平面及横向 阻力, 几何结构等 [ 10] 。
的热传输理论模拟与分析仍 然处于探索中。已 知的可 行性方法包括 F ourier定律的数解, 以及 基于波尔兹曼 Bo ltzm ann传输方程和分子动力学 M o lecular dynam ics ( MD) 模拟的分析方法都存在 各自局限性。当材料的尺寸降至纳米尺度时, 温 度也变得较不稳定。在平衡系统中, 温度是基于 材料的平均能量做出的定义, 对于石墨烯等纳米 系统, 材料的尺寸太小, 很难 确定局部温度。所 以不能将平衡条件下的温度概念运用于纳米材 料, 以至于较 难进行 纳米尺 度的热 传导的 理论 分析。
到石墨烯片中间部分温度的 升高。在距离沟槽
边缘 9~ 10 m 处的大尺寸石墨片在测试模型中
96 充当散热片。
材料开发与应用
2010年 12月
图 1 单层石墨烯导热系数的非接触光学测试模型
由于使用的是低功率激光, 所以散热片温度 在实验过程中保持恒定。部分悬空石墨烯的微
改善石蜡相变材料导热性能的研究进展
改善石蜡相变材料导热性能的研究进展戴琴;周莉;朱月;黄飞【摘要】In recent years, paraffin as a phase change material received more attention. Thermal conductivity of paraffin phase change materials is low, which leads to low effective rate of heat of the energy storage system during storing and releasing thermal energy, the heat can’t be stored and released quickly and efficiently. Therefore, improving thermal conductivity of paraffin phase change materials become a research emphasis. In this paper, the research situation of improving thermal conductivity of paraffin phase change materials at home and abroad were summarized from several aspects, such as fin structure, multiple phase change materials, composite phase change materials and microencapsulated phase change materials.%近年来石蜡作为一种相变储能材料受到越来越多的关注，由于石蜡PCM 本身的导热系数偏低，导致储能系统在吸热或放热过程中的有效热率极低，热量无法快速有效地进行存储和释放。
石蜡基复合相变储热材料的导热性能
石蜡基复合相变储热材料的导热性能马炳倩;李建强;彭志坚;丁玉龙【摘要】为提高石蜡作为固-液相变储热材料的导热性能,在石蜡(PW)中掺加高导热系数的碳纳米管(CNTs),制备了碳纳米管-石蜡复合相变材料(PW-CNTs).为进一步增强PW-CNTs的传热性能,通过内置金属网结构,利用金属网的高导热性,加快PW-CNTs作为相变材料的充放热速率.测试了PW-CNTs的熔点和相变潜热、导热系数以及置入金属网前后的充放热时间.结果显示,PW-CNTs的导热系数较石蜡得到显著提高,其中掺加10％(质量分数)CNTs的复合材料的固态、液态导热系数平均分别提高31.4％、40.2％.置入金属网结构后,PW-CNTs的充放热时间至少分别缩短了40.3％和30.2％.此外,碳纳米管在石蜡中易发生团聚沉积,针对这一特点,对PW-CNTs进行了多次热循环,研究了热循环对PW-CNTs导热系数的影响.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2012(001)002【总页数】8页(P131-138)【关键词】相变材料;石蜡;碳纳米管;金属网;导热系数;充放热时间【作者】马炳倩;李建强;彭志坚;丁玉龙【作者单位】英国利兹大学过程环境材料学院,利兹LS2 9JT;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京100083;中国科学院过程工程研究所,北京100190;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京100083;英国利兹大学过程环境材料学院,利兹LS2 9JT;中国科学院过程工程研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TK02随着现代社会对能源需求的日益加剧以及化石燃料的消耗殆尽，开发可再生能源和高效利用现有能源成为必然的趋势，相变储热系统是其中的一个热点研究方向。
相变储热系统是利用相变材料的相变过程来吸收或者释放热量，储热密度高，吸放热过程温度波动小，易于自动化控制[1-2]。
相变储热系统的关键是相变材料，相比无机盐类，部分有机油类（如聚乙二醇[3]、1型十四醇[4-5]、软脂酸[6-7]、硬脂酸[8]）具有较高的相变潜热，无过冷和相分离，腐蚀性小和热稳定性好等优点。
石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料的制备及季节适应性研究
第３９卷 第１期 ２０２４年３月 西 南 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０２４ＤＯＩ：１０．２００３６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１ ８７５５．２０２４．０１．００８收稿日期：２０２３－０５－１１；修回日期：２０２３－０７－１７作者简介：第一作者，杨琨（１９９７—），女，硕士研究生，Ｅ ｍａｉｌ：１３５６１８３９６４＠ｑｑ．ｃｏｍ；通信作者，马立（１９６９—），男，博士，教授，研究方向为建筑材料与建筑节能，Ｅ ｍａｉｌ：９０９９９２４８９＠ｑｑ．ｃｏｍ石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料的制备及季节适应性研究杨 琨 马 立（西南科技大学土木工程与建筑学院 四川绵阳 ６２１０１０）摘要：以石蜡与白油混合制成的复合相变石蜡作为相变主体材料，以不同质量分数的膨胀石墨作载体材料，应用熔融共混方法，制备出５种不同比例的复合定形相变材料，对其进行吸附性能、热物性能测试，确定了复合定形相变材料的最优配比，并采用数值模拟方法研究该复合定形相变材料在冬、夏两季的适应性。
结果表明：复合定形相变材料的最优配比为：膨胀石墨的质量分数为７％，复合相变石蜡的质量分数为９３％，复合相变石蜡中５２＃切片石蜡与３＃白油质量比为５５∶４５；该配比复合定形相变材料的相变温度为２７．５℃，相变潜热为８３．５６Ｊ／ｇ，质量损失率为２．１２％，导热系数为０．５３１６Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１；作为建筑外墙材料时，该复合定形相变材料能够平缓峰谷热流、减小温度波动，且在夏季的适应性强于冬季。
研制的石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料有望作为建筑调温相变材料在夏热冬冷地区应用。
关键词：石蜡 膨胀石墨 相变材料 季节适应性中图分类号：ＴＢ３４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－８７５５（２０２４）０１－００５１－０９ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＳｅａｓｏｎａｌＡｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＰａｒａｆｆｉｎ／ＥｘｐａｎｄｅｄＧｒａｐｈｉｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｈａｐｅｄＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓＹＡＮＧＫｕｎ，ＭＡＬｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅｌｔｍｉｘｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｉｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｔｉｏｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｗｈｉｔｅｏｉｌ，ａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒａｔｉｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｉｎｗｉｎｔｅｒａｎｄｓｕｍｍｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｄｅａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓ７％ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄ９３％ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｐａｒａｆｆｉｎ．Ｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆ５２＃ｓｌｉｃｅｐａｒａｆｆｉｎｔｏ３＃ｗｈｉｔｅｏｉｌｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｐａｒａｆｆｉｎｉｓ５５∶４５．Ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ２７．５℃，ｌａｔｅｎｔｈｅａｔｏｆｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｉｓ８３．５６Ｊ／ｇ，ｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｉｓ２．１２％，ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓ０．５３１６Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１．Ｗｈｅｎｕｓｅｄａｓａｂｕｉｌｄｉｎｇｆａｃａｄｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｓｍｏｏｔｈｏｕｔｐｅａｋａｎｄｖａｌｌｅｙｈｅａｔｆｌｏｗｓ，ｒｅｄｕｃｅｉｎｄｏｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｂｅｍｏｒｅａｄａｐｔａｂｌｅｉｎｓｕｍｍｅｒｔｈａｎｉｎｗｉｎｔｅｒ．Ｐａｒａｆｆｉｎ／ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｅｘｐｅｃ ｔｅｄｔｏｂｅｕｓｅｄａｓｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅｒｍｏｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｈｏｔｓｕｍｍｅｒａｎｄｃｏｌｄｗｉｎｔｅｒｒｅｇｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐａｒａｆｆｉｎ；Ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅ；Ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｓｅａｓｏｎａｌａｄａｐｔａｔｉｏｎ 相变储能作为一种新型的热能储存技术，对“双碳”绿色发展目标的实现具有重要意义［１－２］。
石墨石蜡相变材料在实验中的关键技术
石墨石蜡相变材料在实验中的关键技
术
1. 合成制备：石墨石蜡相变材料的制备需要采用合适的合成方法和合成条件。
常见的制备方法包括物理混合法、化学合成法、表面修饰法等。
2. 纯化提纯：石墨石蜡相变材料的纯度对其性能有很大影响，因此需要进行纯化和提纯处理。
3. 表征分析：表征方法包括X射线衍射、扫描电镜、拉曼光谱、热重分析等技术，可以分析石墨石蜡相变材料的结构、形貌和热学性质。
4. 载体修饰：将石墨石蜡相变材料修饰在合适的载体上可以提高其稳定性和使用寿命。
5. 聚合反应：石墨石蜡相变材料可以通过聚合反应形成聚合物，进一步提高其性能。
6. 应用探究：石墨石蜡相变材料的应用涉及到多个领域，对其应用进行深入研究可以探索其更广阔的应用前景。
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随着 我 国经 济 的快 速 发 展 ， 能 源 的需 求 越 来 对 越大， 能源 供给不 足 的矛盾 Ｅ益 突 出．开 发新 能 源 、 ｔ
中加 入铝 、 、 、 硅 合 金 和铅 基 复 合 物 时相 变 材 铁 铜 铝 料在 固化 过程 的传 热 特性 ， 出 固液 界 面 的移 动 速 提 率很 大程 度取决 于加 入物 导热 系数 与相变材 料熔 化 后 导热系 数 的 比值 ， 而 合 金 的掺 人 使 复合 体 系 的 然
的影响．结果表 明： 墨的掺 入增加 了复合材料的导热速率 ， 小 了传热 的波动性 ； 石 减 复合 材料 的相交 时间 明显提前 ， 固液相界面 的移动加快 ， 变时间范围明显缩短 ， 相 而相变温度 区间基本 不变．
关 键 词 ： 蜡 ；石 墨 ； 热 ；相 变 ； 热 性 能 石 传 导 中图 分 类 号 ：Ｂ ３ Ｔ ３ 文献标志码 ： Ａ
收 稿 日期 ： ０９— ９— ２ ２０ ０ ２
铁架台； 药匙 ； 度计 ； 温 蝴蝶 夹 ； 管夹 ； 试 铝罐 等． 试 验装 置如 图 １ 示 ． 所
作 者 简 介 ：丁鹏 （９ ３ ） 男 ， 东 枣庄 人 ， 南 师 范 大 学 ２０ １８ 一 ， 山 华 ０ ７级 硕 士研 究 生 ， ｍ ｉ： ｉｇｅ ｇ６６ １３ ｃｒ Ｅ ａ ｄｎ ｐｎ＿ １ ＠ ６ ．ｏ ｌ ＿ ｎ
式， 因具有储 热密 度 大 、 变 过程 近 似 等 温 、 程 易 相 过 控制 等优点 ， 成 为 主要 的储 热 手 段 ．相 变 材 料 而 ］
高温 、 耐氧 化 ， 同时具 有较大 的 比表面 积和较 高 的表 面活性 且 与 石 蜡 的 密 度 接 近 ， ＨＬＮ 等 研 究 ＭＥ ＩＧ 了石 墨对相 变材 料 的 影 响 ， 果 表 明新 的组 合 材料 结 的热 导 率可 以达 到纯 相 变材 料 的 １０倍 ， 相 变界 ０ 其 面移 动 速率 提 高 了 ｌ Ｏ一３ ．以上 结果 主要 是对 ０倍 导热 速率 的研究 ， 但对 导热 过程 中温度 的均 匀性 、 传
重量 增加 ．由于石 墨导 电导 热性好 、 自润 滑性 好 、 耐
提高能 源 的利用 率是 工业 和社会 发 展 的重 要 课
题－ Ｊ 】 ．蓄热 技术在 许多工 业 和 建筑 采 暖 等 能量 利 用 系统 中广 泛应 用 ， 它是 提高 能 源 利 用效 率 和 保 护 环境 的重要技 术 ， 可用 于解 决 热 能供 给与 需 求 在 时 间 和强度上不 匹 配 的矛 盾 Ｊ有 效 降低 能 量 供应 和 ， 需求 时间性 的差异 造成 的能 量利 用 的浪 费 ．储 热 技 术 主 要 包 括 显 热 储 热 、 热 储 热 和 化 学 反 应 储 潜 热 Ｊ 中 ， ．其 相变 材料 的 固 一液 相 变 潜 热 的 储 热 方
文 章 编号 ：１０ ５ ６ （０ ０ ０ ０ ５ ０ ０— ４３ ２ １ ）２— ０９一ｏ ４
石 蜡 和 石 墨 复 合 相 变 材 料 的 导 热 性 能 研 究
丁 鹏 黄斯铭 ， ， 钱佳佳 王 倩 饶 汗 谌 静 ， ， ，
（． １ 华南师范大学物理 与电信工程学院 ， 广东广州 ５ ０ ３ ； １６ １
石 墨粉 ： 析 纯 ， 分 Ｃ含 量 ≥９ ． ％ ， 津 市福 晨 化 学 ８０ 天 试 剂厂 ； 电子恒温水 浴锅 ； 电子天平 ， 度为 ± ． １ｇ 精 ０ ０ ；
相 变材料 中嵌 入金属 基结 构可 以使相 变材 料 的低 导
热 系数得 以很 大 的提 高 ， 这 还需 要 进 一 步 的实 验 但 验 证 ， Ｈ Ｎ 等 和张 寅平 等 研究 了在 相 变 材料 ＫＡ
６ ０
华 南 师 范 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
点 ， 约 了其在 储 热 技 术 中 的应 用 ， 以 目前 对 石 制 所
１ 实 验
１ １ 试 剂 及仪器 ．
蜡 类 相 变材 料 的研 究 主要 在 提 高石 蜡 的 导 热 系 数
方 面．
Ｈ Ｏ Ｅ Ｄ Ｏ Ｎ和 Ｂ Ｒ 从理论上指 出， Ｏ ＧＮＯ Ｒ ＡＴ 在
石蜡 ： 点 ６ ６ 熔 ０— ２℃ ， 海 华永石 蜡有 限公 司 ； 上
热 的波动性 很 少 有论 述．本 文 从 实 际 利 用 出 发 ， 在
又有无 机类 和有机 类 之 分 ， 石蜡 是 最 具 应 用 潜力 而 的有机 储热材 料之一 ， 蜡化 学稳定 性 良好 、 石 相变潜 热大 、 点范 围宽 、 过 冷 现象 和相 分 离 现象 、 源 熔 无 来
华南师范大 学学报 （自然科 学版 ）
２１ ００年 ５月
Ｍａ ０ ０ ｙ２ １
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＴＨ ＯＵ ＣＨＩ ＮＡ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩ ＶＥＲＳ 兀 ຫໍສະໝຸດ ２ １ 第 ２期 ０ ０年
Ｎｏ ２， ０ ０ ． ２ １
（ Ｔ Ｒ Ｃ Ｅ Ｅ Ｅ ＩＩ Ｎ） ＮＡ Ｕ ＡＬＳ ＩＮＣ ＤＴＯ
仿应用环境 中实时监测得出数据 ， 并对其储 （ ） 放 热 过程中变温速率 、 波动性、 稳定性 、 相变温度、 相变时
间等方 面进 行 了计 算 与分析 ．
广泛、 价格低廉、 无腐蚀等优点 ， 在相变材料方面得 到 了广 泛应 用 Ｊ 是 石 蜡 具 有 导 热 系 数 小 的 缺 ．但
２ ．南京大学物理学院 ，固体微结构物理国家实验 室， 江苏南京 ２ ０ ９ ） １０ ３
摘要 ： 石蜡作为相 变材 料的不足之处在于 石蜡 的导热系数低．为 了改善石蜡 的导热系数 ， 实验 利用 导热 系数 较大的 石墨和具有较高储热能力 的石蜡制备 出复合相 变储 能材 料， 析 了储 热、 热过程 中， 墨对 石蜡传 热特性及 相变 分 放 石