Новости

Apr 21, 2024

Материал новой формы со стабильным фазовым переходом и гребенкой.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 5243 (2023) Цитировать эту статью 1714 Доступ к метрикам Подробности Для улучшения однородности композитов материалов с фазовым переходом (PCM) для тепловой энергии

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5243 (2023) Цитировать эту статью

1714 Доступов

Подробности о метриках

Чтобы улучшить однородность композитов материалов с фазовым переходом (PCM) для хранения тепловой энергии, триметилолпропан (Ymer-N120) на основе монометилового эфира этиленгликоля с длинными боковыми этиоксильными цепями используется для образования гребнеобразного полиуретана, который действует как вспомогательные материалы для ПКМ. А результаты инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), рентгеновской дифракции, дифференциальной сканирующей калориметрии, ускоренного термоциклического тестирования, термогравиметрического анализа и автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FESEM) позволили предположить, что сшитый полиуретан содержит миристиновую кислоту (МА) микронного качества. Кристаллы получали в процессе термического отверждения. Полученный гребнеобразный полиуретан (YP) может стать материалом, поддерживающим трехмерную структуру для плавления МА. А длинная боковая этоксильная цепь Ymer-N120 способствует плавлению МА с образованием кристаллов микронного размера. Результаты испытаний на термическую надежность подтвердили преимущества одних и тех же метиленовых групп в боковых цепях и позволили предположить, что максимальная удерживающая способность сшивок YP составляет около 50 мас.% композитов. Благодаря добавлению 50 мас.% МА YPM50 может обеспечивать высокую скрытую теплоту (более 90 Дж/г YPM50) с прекрасной термической стабильностью (поскольку начальная температура разложения достигает 190 °C) без утечек (после 500-кратного ускоренного термоциклирования). тестирование). Все результаты показали, что эта структура обеспечивает эффективное решение проблемы утечки PCM, что показывает многообещающее применение в TES.

Разведка и использование энергии стали решающим и неотложным вопросом, поскольку Земля страдает от энергетического кризиса и загрязнения окружающей среды1,2,3. Технология хранения тепловой энергии (TES) может решить проблему временного и пространственного несоответствия между спросом и предложением энергии4, она используется для сбора возобновляемой энергии5,6,7,8 и сбора энергии из бытовых/промышленных отходов9,10. Материалы с фазовым переходом (ПКМ) могут обратимо хранить и выделять тепловую энергию путем плавления и кристаллизации кристаллических материалов11,12, привлекли широкое внимание к системам TES13 в следующих областях: конструкции и здания13,14,15, хранение солнечной энергии16,17, 18, хранилище геотермальной энергии4, система терморегулирования аккумуляторов (BTMS)12,19 и другие системы терморегуляции. Из-за высокой плотности энергии, незначительного изменения температуры и объема ПКМ в процессе хранения энергии такие ПКМ, как жирный спирт20, полиэтиленгликоль21, парафин22 и жирные кислоты23, широко используются во многих областях, таких как интеллектуальные здания, аэрокосмическая промышленность, интеллектуальная одежда и промышленность. утилизация тепловых отходов и т. д.

Среди ПКМ жирные кислоты с длинной гибкой цепью были тщательно изучены благодаря их регулируемой температуре фазового перехода, нетоксичности и химической стабильности24,25. Однако жирные кислоты подвергаются утечке при температуре выше температуры плавления (Tm) 26, что может привести к отказу системы TES, загрязнению оборудования и даже опасности возгорания, а также ограничивает образование жирных кислот. Таким образом, жирные кислоты всегда инкапсулированы пористыми поддерживающими материалами27, такими как углеродные нанотрубки (УНТ), графен, расширенный графит и т. д., чтобы изготовить стабильные PCM (FSPCM) и предотвратить утечку жирных кислот даже при температуре выше Tm. Например, Hu28 сообщил о FSPCM на основе эвтектики жирных кислот, демонстрирующих превосходную способность аккумулировать энергию и превосходную стабилизацию формы за счет использования поддерживающих материалов из оксида графена/углеродного нановойлока.

Однако FSPCM страдают плохой стабильностью и надежностью из-за плохого взаимодействия жирных кислот и поддерживающих материалов на границе раздела, что может привести к выходу из строя FSPCM, если опорный каркас подвергся воздействию внешней силы и химического растворителя. Использование полимерной матрицы в качестве вспомогательных материалов является одним из наиболее эффективных способов повышения стабильности и надежности FSPCM на основе жирных кислот. Полимерные сетки, особенно сшивающие полимерные сетки, могут эффективно ограничивать утечку расплавленной жирной кислоты, когда температура превышает температуру плавления жирной кислоты29. Например, Pandey30 приготовил пористую амфифильную полимерную матрицу с высокой повторяемостью фазового переноса и длительным сроком службы благодаря хорошей диспергируемости полимерных частиц в воде. Однако несовместимость поверхности раздела между жировой и полимерной матрицей произойдет после многократного процесса фазового перехода, что приведет к вытеканию жирных кислот. Следовательно, необходимо и интересно изготовить стабильные и надежные FSPCM путем усиления взаимодействия между жировой и полимерной матрицей25,31. Гребенчатый полимер с боковыми алкильными цепями был изучен из-за взаимодействия его длинных боковых цепей с ПКМ. Yao32 использовал гребнеобразный структурный поддерживающий материал с фазовым переходом (PPEGMA) для обеспечения плотного переплетения между боковыми длинными цепями полимера и цепями PCM под действием индуцированной дипольной силы.