导读

由于储热技术在工业废热的回收、太阳能热利用等领域的广泛应用，作为其关键的储热材料也受到越来越多的关注。而有机相变材料因其诸多优点在低温储热领域应用较多，但有机相变材料在工作的过程中由于产生了液相，需要额外的容器盛装，这会产生额外的热阻和成本。为了解决这些问题，对有机相变材料进行定形逐渐成为了研究的热点，然而传统的定形方式添加的支撑材料过多，有一定的定形作用，但储热密度降低。

小分子量凝胶因子（LMOGs）是一种在质量分数较低的情况下能够在有机溶剂或者水溶液中自组装形成三维网络结构，并能有效束缚有机溶剂或水溶液流动的有机小分子。如果用有机相变材料来替换有机溶剂或水溶液，用凝胶因子代替支撑材料，则复合材料中相变储热材料的含量可以大大提升。

文

 程晓敏 等，

（武汉理工大学材料科学与工程学院 等）

成果简介

文章以1,3:2,4-二(3,4-二甲基卞叉)-D山梨醇（DMDBS）为凝胶因子，三硬脂酸甘油酯（GT）为相变材料，制备了一系列不同DMDBS含量的GT/DMDBS复合相变材料。通过测试凝胶-溶胶转变温度和泄漏量，发现凝胶因子DMDBS能够定形GT，当GT中添加3%（质量分数）DMDBS时，凝胶态复合相变材料的凝胶-溶胶转变温度为159 ℃，泄漏量仅为6%。通过SEM观察了凝胶复合材料和干凝胶的表面微观结构。通过DSC分析了复合相变材料的热性能，其中GT/3%DMDBS复合相变材料的熔化焓和凝固焓分别为126.4 J/g和105 J/g。通过激光热导仪测试样品导热系数。通过紫外吸收光谱和红外吸收光谱研究了DMDBS在GT中自组装形成三维网络结构的驱动力。通过XRD表征了DMDBS的添加对GT分子结构的影响。

文章目录及图文导读

1  实验部分

1.1  材料

图1  DMDBS的结构式

1.2  实验过程

1.2.1  凝胶态复合相变材料的制备

1.2.2  凝胶-溶胶转变温度测试

本文采用落球法测定凝胶态复合相变材料的凝胶-溶胶转变温度。

1.2.3  泄漏量测试

1.3  分析测试仪器

2  结果与讨论

2.1  性能测试

2.1.1  凝胶因子DMDBS的添加量对凝胶-溶胶转变温度的影响

图2  DMDBS添加量对凝胶-溶胶转变温度的影响

2.1.2  凝胶因子的添加量与泄漏量的关系

图3  DMDBS的添加量与泄露量的关系

2.1.3  差示扫描量热分析（DSC）

图4  GT/DMDBS复合相变材料升温过程（a）和降温过程（b）的DSC曲线

表1  升温过程的热物性参数

表2  降温过程的热物性参数

2.1.4  导热系数

表3  不同样品的导热系数

2.2  结构表征

2.2.1  扫描电镜（SEM）

图5  GT/3%DMDBS凝胶复合材料（a）和干凝胶（b）的表面形貌的SEM图

2.2.2  紫外吸收光谱（UV）和红外吸收光谱（FI-IR）

图6  GT/3%DMDBS（Gel）和GT/0.01%DMDBS（Sol）紫外吸收光谱

图7  GT/3%DMDBS（Gel）和GT/0.01%DMDBS（Sol）红外吸收光谱

图8  DMDBS、GT和GT/3%DMDBS的XRD图谱

2.3  循环稳定性测试

图9  GT/3%DMDBS循环前后DSC图（a）和循环后表面形貌的SEM图（b）

3  结论

（1）一定量的凝胶因子DMDBS添加到三硬脂酸甘油酯（GT）中能够形成GT/DMDBS凝胶态复合相变材料，其凝胶解缔温度为128～179 ℃，高于低温相变材料的使用温度。80 ℃的环境中保温24 h，GT/3%DMDBS的泄漏量为6%，解缔温度为159 ℃，且熔化焓和凝固焓分别为126.4 J/g和105 J/g。添加DMDBS后，GT的热导率有一定程度增加。

（2）DMDBS添加到GT中，能够通过自组装形成复杂的三维网络结构，在高于GT熔点的环境中，这种三维网络结构能够束缚液态的GT，使相变材料依然处于固体状态，从而大大减少了泄露量，起到了定形作用。

（3）DMDBS能够定形GT形成GT/DMDBS凝胶态复合相变材料的原因可能是DMDBS溶解到GT中后通过苯环的π-π键的堆积和羟基之间形成的分子间和分子内氢键作用，从而首先形成一维的纤维束，然后再相互缠结，形成复杂的三维网络结构。

（4）GT/3% DMDBS经过500次循环后相变温度与相变焓均变化不大，仍然具有良好的储热能力和循环稳定性。