江苏省基金申请.doc

原件复制件 投送一级学科：材料科学与工程 二 级 学 科：材料物理与化学 江苏省博士后科研资助计划申 请 表 申 请 人 姓 名张毅进 站 编 号116292在 站 单 位南京工业大学进 站 日 期2012-09-01填 表 日 期2012-09-26江苏省人力资源和社会保障厅制 填 表 须 知 1、填写本表前，须先查阅省人力资源和社会保障厅关于开展博士后科研资助工作的通知，按照有关要求进行申请； 2、申请表所列内容必须实事求是逐一填写，表达要明确严谨，有关栏目如无内容可填，须填上“无”、“未”等字； 3、申请表的一至三大项内容请直接打字输入，用A4纸打印，有关证书亦用A4纸复印，并附于申请表后一起装订成册； 4、封面“进站单位编号”系指申请进站时全国博管办或有关省、市对博士后研究人员的统一编号,“在站单位”栏企业博士后填博士后工作站（创新中心）所在单位； 5、“项目所属学科名称”栏须按国务院学位委员会公布的标准名称填写。 一、基本情况姓名张毅 性别男 民族汉族 出生年月1987-07-12研究专长先进土木工程材料专业技术职务专业技术人员行政职务无专业名称流动站单位及在站名称南京工业大学流动站专家队伍情况博士生导师数教授(研究员)数工作站(创新中心)单位名称南京工业大学土木工程学院博士后流动站工作站(创新中心)单位高级专业技术职务人数单位地址及邮编南京市鼓楼区新模范马路5号南京工业大学单位电庭地址及邮编家庭电话手子邮件博士后日常经费来源博士学位情况获得年月攻读学位单位学位论文题目导师2012-07-01南京工业大学石膏基相变储能材料的制备、性能及传热过程分析李东旭二、研究工作经历及主要成果1.主要研究工作经历起止日期单位研究工作职务2007-09-012012-07-01南京工业大学相变材料，土木工程材料无2.近五年科研工作主要成果(1)承担科研项目情况(注明主持/参与、项目来源、名称、起止时间)主持参与项目来源项目名称起始时间终止时间参与住宅墙体材料的研究与开发2008-01-012011-12-31参与住宅室内外装饰装修材料的研究开发与应用2008-01-012011-12-31参与石膏基相变储能墙体材料的开发与生产示范2011-01-012013-12-31主持脱硫石膏基相变储能墙体材料的制备及热工性能优化研究2011-06-012012-06-01参与工业石膏制备相变保温墙体材料及机理研究2011-09-012013-12-31(2)科技成果获奖情况(附证书复印件)科技获奖总数0省部级0其他0主要科技成果获奖情况列表（注明获奖名称、授予部门、获奖时间、本人名次）获奖名称授予部门获奖时间本人名次(3)发表论文情况论文总数6第一作者第二作者第三作者SCI索引0EI索引3ISTP索引0会议论文2国外学术期刊1国内核心期刊3主要论文列表（注明名次、论文题目、发表刊物或学术会议名称、发表时间和页码，及被SCI、EI、ISTP索引情况）名次论文题目发表刊物或学术会议名称发表时间页码SCI索引EI索引ISTP索引1利用原状磷石膏制备石膏基复合胶凝材料的力学性能南京工业大学学报2011-01-1268-731大掺量工业废石膏制备石膏基胶凝材料的性能研究硅酸盐通报2011-04-10367-3721脂肪酸相变材料导热系数测试及其传热过程的数值模拟功能材料2012-09-251950-1954是1Preparation and performance study of fatty acid diatomite composite phase change materials and light weight phase change gypsum wall materials. Applied mechanics and materials2012-09-10307-313是1Prepartion of organophilic bentonite / paraffin composite phase change energy storage material with melting intercalation methodAdvanced Materials Research2011-12-08126-131是 (4)出版著作情况著作总数0第一作者第二作者第三作者参与撰写专著一般出版物主要著作列表(注明名次、著作名、属性(专著/一般出版物)、出版社、出版时间)名次著作名属性出版社出版时间(5)专利情况(附证书复印件)申请总数2获得总数0国外专利数0主要专利列表(注明专利名称、申请/批准、时间、国内/外、名次)专利名称申请时间批准时间类型名次一种建筑用定型相变储能材料及其制备方法.(公开号：CN102417340A)2011-09-01国内2一种建筑用定型相变储能材料及其制备方法.(公开号：CN102432258A)2011-09-01国内2(6)成果转化(直接或间接)、专利使用情况（注明生产规模、经济效益、市场份额）与江苏尼高科技有限公司开展“石膏基材料及石膏基相变储能材料的开发和生产线示范”的项目研究工作，目前已初步建立年产2万平方米轻质石膏基相变储能墙体材料生产示范线。 三、申请资助项目情况 1.申请资助项目情况项目名称新型相变储能节能建材的制备和性能研究项目所属学科名称一级学科材料科学与工程 项目起止时间2012-11-01二级学科材料物理与化学 研究类别应用研究 项目来源省部级重大项目 已有项目经费来源及金额（万元）“十二五”国家科技支撑计划项目“石膏复合胶凝材料和储能材料的研究与开发”资助金额：80万元2.项目研究简要说明（包括研究内容、方法、技术路线及进度、预期研究成果等，限300字内）项目以开发出节能环保，满足我国建筑节能要求的石膏基建筑节能材料为目标，研究高效保温节能石膏基相变储能建筑材料的制备方法，对石膏基相变储能材料性能和相关机理进行研究分析；研究有机-无机复合相变材料的制备工艺，制备热传导率高，性能稳定并与石膏基建筑材料相容性良好的复合相变材料；通过将相变材料掺入到轻质石膏基建筑材料中，研究高效储能轻质石膏基相变储能材料制备方法；对石膏基相变储能材料的热工性能进行测试，建立石膏基相变储能材料传热过程数值分析模型，制备热工性能优良的石膏基相变储能材料。通过本课题的研究，开发新型环保节能石膏基相变储能建筑材料，提高我国绿色建筑材料的研究水平，推动我国建筑节能事业的发展。 3.项目研究说明(1) 国内外研究概况相变材料分为无机和有机相变材料两大类。无机相变材料主要包括水和盐，金属合金等，无机相变材料具有较高的导热系数和相变潜热，相变时体积膨胀率小，低毒性等优点，缺点是无机相变材料具有腐蚀性，相变过程中会产生分层和相分离现象；有机相变材料主要包括石蜡及石蜡烷烃，烯烃，芳香烃，芳香酮，酰胺，脂肪酸或其酯，萘，多元醇类等，其优点主要为固体状态成型性较好，材料腐蚀性小，性能稳定，缺点是导热系数小，密度小，单位体积储热能力小。目前所研究的相变材料中，无机相变材料虽然具有较高的导热系数和相变潜热，但是绝大多数无机相变材料具有腐蚀性且在相变过程中存在过冷和相分离问题，使其和建筑基体的结合收到限制；有机相变储能材料腐蚀性小，价格便宜，在相变过程几乎无过冷度和相分离问题，有机相变材料导热系数较低，传热速率较慢，将其应用在被动式太阳能蓄热建筑中会导致能量利用效率降低，蓄放热速率慢，无法使相变储能建筑材料的节能功能得到有效体现。因此，复合型相变材料成为目前研究的热点。膨胀石墨是一种良好的多孔吸附材料，利用膨胀石墨的吸附特性，可以制备出具有优良导热性能的复合相变材料；Py 等通过将石蜡吸附进多孔膨胀石墨中，制备了石墨-石蜡复合相变储能材料，材料导热率由原来的0.124 W/(mK)提高到 47 W/(mK)；林坤平等制备了高密度聚乙烯(HDPE)-石蜡定形相变材料，并将其应用在地板供热中；肖敏等制备了石蜡与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）复合定型相变材料，在复合相变材料中加入膨胀石墨提高了相变材料的热传导性能； TEAP Energy公司 将相变材料封装在聚丙烯和聚烯烃制成的球形，圆柱形和长方形形状基材中，构成一个封闭系统，提高了定型相变材料的稳定性能。微胶囊定型相变材料是目前复合相变材料的研究热点，其一般由相变材料组成的芯材和高分子材料组成的壁材构成，微胶囊技术通过将相变材料包覆于膜内，形成具有核壳结构的相变材料胶囊，有效解决了相变材料的泄露、相分离及腐蚀等问题。化学法是目前主要的微胶囊制备方法，主要包括原位聚合法，界面聚合法，等。蹇守卫等以十八烷酸、水玻璃和聚乙二醇为原料制备了PEG-SiO2复合壳和SiO2单层壳两种十八烷酸微胶囊，并分别对微胶囊的热性能，形貌和结构进行了比较；Zou等制备了粒径在2.5mm的聚脲微胶囊，将溶有芯材（正十六烷）的有机相乳化成微米级油性液滴，随后加入的水溶性单体二胺与甲苯2,4-二异氰酸酯在胶束界面相互反应形成囊壁，分别用乙二胺和1,6己二胺和它们的混合物作为水溶性反应单体进行了研究。微胶囊相变材料虽然具有良好的热稳定性和优良的热传导性能，但由于其经济性方面的原因，目前还无法大规模实际应用；纳米复合相变储能材料是目前较新的相变材料研究领域，其原理是将有机相变储能材料与无机材料进行纳米尺度上的复合，利用无机物的高导热性能提高复合相变储能材料的导热性能。在纳米复合相变储能材料研究方面， Fang等使用溶胶-凝胶法制备了一种定型月桂酸-二氧化硅复合相变材料，并对复合相变材料的微观结构和热物理性能进行了测试。复合纳米相变材料有效地解决了固-液相变材料的泄露问题，提高了相变材料蓄热体系的蓄热效率，具有很好的发展前景。在建筑节能材料中掺入相变材料制备相变储能材料由于其良好的蓄热节能性能已经成为建筑节能和建筑节能材料领域的研究热点。目前，在建筑节能材料中应用较多的是固-液相变材料，目前已经有过大量的实验研究，但是，固-液有机相变材料的缺点是由于其相变时状态的相转变使其不可避免地流出或渗出建材基体，从而影响了建筑节能材料热性能稳定性和建筑节能材料使用的耐久性，影响了其在建筑节能材料的工程应用，所以有必要对相变材料的热性能稳定性进行研究，通过微观层面上的包覆方法制得相变材料自调温单元，使相变材料能稳定存在于建筑材料中发挥作用。另外，石蜡与脂肪酸等有机相变材料的固、液态导热系数小，热传导性能很差，这一缺点也在很大程度上限制了其在建筑节能储能材料领域的广泛应用，成为其不断深化发展的“致命瓶颈”。因此，有必要对有机相变材料的强化传热进行重点研究，提高有机相变材料的导热能力。通常采用的方法是将在有机相变材料中添加高导热系数的添加剂（如铜粉、铝粉、铁粉、硅微粉与石墨等）；或者在蓄热装置中加入肋片，添加骨架材料（如碳纤维、金属丝等）等。相变复合材料的经济性问题也是制约其广泛应用的障碍，其表现为各种相变材料及相变储能复合材料价格较高，导致单位热能的储存费用的显著上升，从而失去了与其他储热方法相比的价格优势。石膏基材料是具有性能优异和环境调节的绿色环保建材，石膏基建材原材料来源丰富，产品价格较低，凝结硬化快，早期强度高；具有质轻、保温、隔热性较好等特点，石膏基建材膨胀收缩小，可加工性好，施工快捷、高效，具备良好的耐火性能，可以有效保证了建筑的安全，石膏基建材可以提高居住的舒适度，具有明显的节能效应，可回收循环利用，是典型的绿色环保材料。石膏基相变储能材料是在石膏基材料中引入相变储能材料制备的一种兼具石膏材料优良保温隔热性能又具有储能蓄热功能的新型建筑材料，相关研究方面，胡小芳等人用轻质多孔陶粒吸附相变石蜡，通过包封制备定形相变储能颗粒，制备相变储能复合石膏板；刘成楼等人将膨胀珍珠岩真空吸附十八烷制备的相变颗粒加入到脱硫石膏砂浆中制备调控温性优良的相变保温砂浆。相对普通石膏墙体材料，石膏基相变墙体材料具有很好的调温控温性能，由相变微胶囊墙板所搭建的相变房屋内温度比普通石膏墙板所搭建普通房屋模型低约2，而且升温速率和降温速率均相对普通房屋慢很多，有效降低了室内温度波动。Schossig等研究出了石蜡微胶囊相变材料应用于建筑材料中的轻质石膏墙板，Huang等将RUBITHERM公司的两种固-固相变材料GR41和GR27应用于石膏墙体结构中。 掺入相变材料不仅提高了轻质材料的储热能力，而且改善了材料的热稳定性，提高了材料的热惰性，同时还不影响材料的强度、粘结能力、耐久性等性能。建筑节能是建筑行业可持续发展的重要环节，相变储能材料的研究与发展，通过利用自然洁净能源太阳能实现建筑节能，利用相变储能技术对自然能源进行有效的时间调节，提高自然洁净能源的利用效率。相变材料因其在相变过程可以从环境吸收或者放出大量的热量，同时相变过程自身温度保持恒定，储能密度高，将其应用在建筑节能领域，不但可以提高围护结构的蓄热能力，降低室内温度波动幅度，减少建筑物供暖、空调设备的运行时间，达到节能降耗和提高舒适度的目的；还可以使建筑物供暖、空调设备利用夜间廉价电运行，以提供全天的采暖或制冷，起到电力“削峰填谷”作用。同时，在建筑物中采用相变蓄能围护结构，可以减少外维护结构厚度，从而达到减轻建筑物自重、节约建筑材料的目的，因而具有广阔的应用前景。(2) 主要研究内容、拟解决的技术难点1）主要研究内容本课题对于石膏基相变储能材料的制备工艺、性能研究和机理分析等方面进行研究，研究高效保温节能性能的新型轻质石膏基建筑材料的制备方法。课题研究内容主要分为以下几个方面： 选取合适的相变材料，对相变材料的相变温度和相变潜热等热物理性能进行研究，制备具有合适相变温度和较高相变潜热的相变材料；研究复合相变材料的制备技术，研究硅溶胶的掺量，搅拌速率，溶液pH值对相变材料包覆性能和吸附稳定性的影响，制备性能稳定，相变过程无渗漏的复合相变材料； 对复合相变材料和石膏基建筑材料的相容性进行研究，研究复合相变材料的掺量对石膏基材料力学性能，体积稳定性的影响，提高石膏基相变储能材料相变循环稳定性，制备工艺简单、性能优良的轻质石膏基相变储能材料； 石膏基相变储能材料热工性能研究，利用“非稳态法”的原理石膏基相变储能材料相对导热系数测试方法，研究石膏基相变储能材料传热过程温度分布随时间的变化关系，研究石膏基相变储能材料的相对导热系数测试方法；石膏基相变储能材料传热过程数值模型分析，通过模型分析研究材料导热系数、厚度、潜热、相变温度等因素对石膏基相变储能材料传热性能的影响，制备热工性能良好的石膏基相变储能材料。2）拟解决的技术难点 纳米硅溶胶复合相变材料的制备技术，复合相变材料的结构，性能研究；复合相变材料的热物理性能研究；性能稳定与石膏基建筑材料具有良好相容性的复合相变材料制备技术；复合相变材料传热性能强化研究； 轻质石膏基相变储能材料制备工艺研究；石膏基相变储能材料相对导热系数测试方法；石膏基相变储能材料传热过程数值分析和传热机理研究；石膏基相变储能材料热工性能评价方法。(3) 创新之处本课题提出一种复合相变材料制备方法，制备性能优良的无机-有机纳米复合相变材料，使其具有良好的耐久性能，能够长时间的稳定存在于建筑材料中发挥有效作用；开发出工艺简单、成本低廉、具有良好热工性能的石膏基复合相变材料，为相变材料在建筑节能中的应用提供新的途径和方法。项目创新点主要体现在以下几个方面：1）适合于 建筑节能新型无机-有机复合相变材料的制备，研究相变材料的新型包覆技术，制备价格低廉，性能稳定的相变材料，研究石膏基材料相容性良好的相变材料，；2） 石膏基相变储能材料相对导热系数的测试方法，石膏基相变储能材料热工性能测试装置的设计和测试方法研究，提出石膏基相变材料节能性能测定与评价方法，建立石膏基相变储能材料能耗评估的理论评价体系。(4) 技术路线和实施方案1）复合相变材料的制备和性能研究研究低温固相反应法制备复合二氧化硅有机-无机相变材料的合成工艺和机理，研究搅拌速率，反应温度以及溶液pH值等对复合相变材料性能的影响，制备硅溶胶复合相变材料，确定具有最好包覆性能的硅溶胶和相变材料的最佳配合比，对材料的结构、热物理性能进行表征，制备性能稳定的复合相变材料；对复合相变储能材料的传热性能进行研究，强化石膏基相变储能材料的传热性能；2）石膏基相变储能材料制备和性能研究研究复合相变材料的掺量对石膏基相变储能材料力学性能、体积稳定性的影响，研究多次相变循环下石膏基相变储能材料热性能稳定性，研究相变材料掺量对石膏基相变储能材料性能的影响，测试石膏基相变储能材料的储能性能，制备工艺简单，具有优良传热性能的石膏基相变储能材料；3） 石膏基相变储能材料传热过程和传热机理研究对石膏基相变储能材料的传热性能进行研究，研究石膏基相变储能材料相对导热系数测试方法，对现有的相变储能材料热性能测试方法进行比较分析，设计石膏基相变储能材料热工性能的测试装置，优化石膏基相变储能材料的热工性能测试方法，研究适合于石膏基相变储能材料热工性能的测试方法；建立分析石膏基相变储能材料传热机理的数值分析模型，通过模型的分析求解，对石膏基相变储能材料的热工性能进行合理评价。(5) 研究计划及预测进展课题以开发新型相变储能节能建材为目标，研究新型建筑节能用相变储能材料的合成和制备工艺，研究石膏基相变储能建材的制备技术，课题研究计划主要分为和预期进展：2012-11-012013-04-31，复合相变储能材料的制备和性能研究，制备性能稳定，热工性能优良的复合相变材料；2013-05-012013-08-31，石膏基相变储能材料的制备和性能研究，制备与石膏基建筑材料相容性良好的复合相变材料；2013-09-012013-12-31，石膏基相变储能建筑材料的性能测试，性能稳定石膏基相变储能材料的制备2014-01-012014-04-31，石膏基相变储能材料相对导热系数、热工性能测试，石膏基相变储能材料相对导热系数测试装置设计，材料相对导热系数、相关热工性能测试；2014-05-012014-08-31，石膏基相变储能材料传热过程数值分析，材料热工性能评价方法；建立分析相变储能建筑材料传热过程的数值分析模型，石膏基相变储能材料热工性能评价方法的建立，优良传热性能的石膏基相变储能材料设计方案。(6) 预期研究成果1）制备石膏基相变储能材料；2）建立石膏基相变储能材料相对导热系数测试及热工性能评价方法；3）发表论文2-4篇，其中SCI收录1-2篇，EI收录2-3篇，发表专利1-2项(7) 项目完成后的经济、社会效益及学术影响项目完成后将产生良好的经济和社会效益，相变储能建筑材料对于缓解我国能源紧张，提高建筑物热舒适性、节能降耗等方面具有积极的意义。随着现代建筑逐步向高层发展，轻质保温材料将越来越多的应用到建筑围护结构中。普通轻质保温材料导热系数小，具有很好的保温性能，但是轻质保温材料热容小，蓄热能力小，热惰性差，将其应用到建筑围护结构中往往使室内温度波动频率变大，影响室内环境的热舒适性，而且还增加了空调负荷，导致建筑能耗上升。通过在普通建筑材料中加入相变材料，制成具有较高热容的相变储能建材，可以有效吸收白天的太阳辐射热能并在夜间温度降低时将热量释放出来，将其按比例掺入到现有建筑墙体材料中，可以使室内外热流通过建筑围护结构向另一侧传递时产生一定时间的衰减和延迟，增加建筑围护结构的蓄热性能，降低室内温度波动，提高室内环境的热舒适性，降低空调能耗。相变储能建筑材料已成为绿色节能型建筑材料研究领域的热点课题，相变储能技术在建材领域的应用可以大大提高建筑材料的蓄热性能，有效提高轻质建筑围护材料的热惰性，减轻建筑围护材料自重，并且实现有效的保温节能功能，该技术的研究对于我国建筑节能工作的推进具有重要的意义。目前国内对于相变储能材料的制备和性能测试方面研究较少，对于相变材料的传热问题及相变材料导热系数在动态传热过程中的变化很少见研究报道，项目的研究能够有效填补目前国内建筑节能用相变材料研究和测试方法的空白。4.研究条件概况(1) 与本项目有关的研究、技术工作积累申请人自2007年开始从事石膏基节能保温材料的研究工作，对石膏基建筑材料和相变储能石膏基建筑材料的制备和性能研究方面做了一系列的工作，目前已经发表研究论文5篇，申请专利3项，已经取得的研究成绩主要分为以下三个方面：1）关于石膏基相变储能材料的研究，对石蜡，脂肪酸等有机相变材料的热物理性能进行了系统测试，对相变材料低共熔点组成，相图以及蓄放热性能进行了系统研究；研究了脂肪酸相变材料的动态传热过程中导热系数和比热的变化规律，对有机相变材料的传热过程进行了较为深入研究；通过无机材料的改性，制备了一种具有良好传热性能的硅藻土复合相变材料，提高了相变材料的热传导性能；2）对石膏基相变储能材料的传热过程进行了实验测试和数值模拟分析，利用焓法模型对相变储能材料传热过程进行了分析求解，利用ANSYS有限元分析法对相变材料和石膏基相变储能材料在一定边界条件下的传热过程进行分析；3）利用焓法模型对石膏基相变储能材料一维传热问题进行数值模拟计算，并且对复合墙体的传热过程进行了分析求解，对石膏基相变储能材料的制备和性能做了较为深入的研究工作。(2) 已具备的研究条件(参加该项目工作的科研人员简况、仪器设备、实验材料、图书资料等)与尚缺的条件目前参加改项目研究人员有博士一人，硕士两人。依托南京工业大学材料化学工程国家重点实验室和江苏省无机及其复合新材料重点实验室，具备X射线衍射仪，扫描电镜，透射电镜，差示扫描量热仪，热重分析仪、傅里叶红外光谱仪等材料性能测试表征相关的先进科研仪器设备，另外实验室还具有MWJ-2418建筑门窗保温性能试验机一套，JW-I型墙体热阻