相变材料纳米胶囊

1、06相变储能纳米胶囊的应用05相变储能纳米胶囊的制备方法04相变储能纳米胶囊的结构03相变储能纳米胶囊的衍生02研究背景研究背景01概述概述content结语结语07结语纳米胶囊是纳米材料的一个重要分支，是零维纳米材料的重要组成部分。纳米胶囊可以看作是微米胶囊概念的延伸，将各种尺度上介于1100nm之间的，具有壳/核结构特点的金属、非金属以及有机物的包裹体统称为“纳米胶囊”。通常我们感冒吃药要吃感冒胶囊，我们可以想象将感冒胶囊缩小到纳米尺度(1纳米到100纳米之间)。我们也可以想象将鸡蛋缩小到纳米尺度。1 1 概述概述纳米胶囊作为介于宏观物体和原子之间的介观体系，它与宏观物体和原子既有共同的地

2、方，又有其很多独特的性质和用途。它集合了由壳核结构所带来的特性和纳米体系由尺寸变化引起的效应。纳米胶囊的外壳具有许多功能，如：保护内核免受环境的破坏；增加纳米团簇的稳定性以避免其长大；促进纳米颗粒在不同介质中的分散性；增加物质的活性；改变内核的光学、电学、磁学性质等。 随着世界人口的不断增加 ,能源紧缺的形势严峻 。能源的可持续发展是当今世界的一大难题 。解决这个问题的基本途径有两个 : 一是依靠科技进步 ,发明或者开发当前能源的替代品;二是研究新型节能技术,减少能源消耗。 相变储能就是其中一项非常重要的节能技术 ,它是利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用, 这有助于提高能效和开发可再

3、生能源, 是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。2 2 研究背景研究背景虽然相变储能技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术 ,但是由于相变材料在使用中存在着一些致命缺陷( 如腐蚀性、不稳定性、过冷、传热性能差等),特别是传热性能差 ,导致使用效果大打折扣。导热系数低导致了相变材料储能、放热功率不高, 无法充分利用相变材料储能容量 ,因而限制了其在工业上的大规模应用。将相变材料胶囊化是有效的改性方法之一 。胶囊化技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使其形成微小粒子的技术 ,其中包覆固体或液体的包覆膜称为囊壁, 被包覆的固体或液体称为囊芯或芯材等 。目前, 最常用的胶囊化

4、相变材料的粒径在m量级 ,如作为热流体强化的潜热型微胶囊,可极大地强化流体的传热性能 ,但仍存在导热系数低 、容易引起磨损破裂 、堵塞管道等缺点, 部分有机物相变材料还存在性能不稳定的问题。因此, 为了更好的解决这些问题, 胶囊尺寸需要进一步下降, 这就诞生了纳米胶囊。相变储能纳米胶囊是相变储能微胶囊进一步发展的结果 。它不仅保留了微胶囊的技术优势( 当形成微胶囊时,囊芯被包覆而与外界环境隔离, 它的性质能毫无影响地被保留下来 ,而在适当条件下 ,壁材被破坏时又能将囊芯释放出来 ,这给使用带来许多的便利), 而且弥补了普通微胶囊相变材料的不足之处。3 3 相变储能纳米胶囊的相变储能纳米胶囊的衍

5、生衍生由于胶囊尺寸从m级降为nm级,使胶囊表面积与体积的比率增大, 有利于提高相变材料的传热速率 ,因而进一步扩大了胶囊型相变材料的应用范围。同时 ,在使用过程中还可大大降低由于长时间的使用中粒子之间碰撞所造成的破坏。因此,近年来纳米胶囊相变储能技术研究逐渐成为一大热点 。相变储能纳米胶囊结构由囊芯和囊壁两部分组成。囊芯是固-液或固-固相变材料, 其材料选择直接关系到传热和温度控制的性能。目前 ,可作为囊芯的固-液和固-固相变材料种类很多, 主要有结晶水合盐、共晶水合盐、石蜡、脂肪酸类等 ,其中以结晶水合盐和石蜡最为常用。壳材的选择对纳米胶囊性能起着决定性作用。针对不同的应用,对纳米胶囊的壳材

6、有不同的要求。很多种无机材料和有机材料均可用作壳材, 但高分子材料最为常用 。4 4 相变储能纳米胶囊的结构相变储能纳米胶囊的结构首先,纳米胶囊芯材不能在可溶解壳聚物的溶剂中溶解, 聚合物也不能在液态芯材中明显溶解;其次, 壳材的使用温度必须高于内核的相变温度; 在纳米胶囊的使用上, 壳材不能溶解于环境中或者与环境发生反应同时 ,作为包覆相变材料的壳材必须与芯材及环境有很好的兼容性 。其中前三种是比较常见的制备方法。另外 ,最近几年还开发出了超临界流体 、层层组装等制备纳米胶囊的新技术。5 5 相变相变储能纳米胶囊的制备方法储能纳米胶囊的制备方法 纳米胶囊的制备方法主要有： 细乳液聚合 界面聚

7、合 原位聚合 凝聚相分离相变储能纳米胶囊不仅具有良好的贮热性和温控性能 ,而且由于其粒径小 ,因而更容易分散到液体体中 ,具有广泛的应用前景。将纳米胶囊相变材料混入砖瓦、墙板及天花板等建筑结构材料中, 可以进行太阳能贮存, 因此适合在温差较大的地区使用。同时 ,通过电力“移峰填谷”,也可以有效的缓解用电紧张。6 6 相变储能纳米胶囊的应用相变储能纳米胶囊的应用纳米胶囊功能热流体是将纳米胶囊相变材料分散到传热流体中形成的一种多相流体。由于纳米胶囊中的相变材料在固-液相变过程中吸收或释放潜热 ,因此在其相变温度段 , 该类功能热流体有很大的表观比热, 使其运动能力增大。而且, 由于纳米胶囊对流体流

8、动和传热的影响, 可明显增大传热流体与流道壁面间的传热能力 ,是一种集储热与强化传热功能于一身的新型材料。利用相变材料的吸热和放热现象, 可以制成含有微纳米胶囊相变材料的调温纤维以调节服装及周边的温度, 减少皮肤温度的变化 ,延长穿着的舒适感。将制得的聚脲型相变微胶囊和海藻酸钠共混纺丝 ,制备出相变调温海藻纤维。把海藻纤维制成透气且随外界温度变化的调温医用敷料等。相变材料特有的大潜热以及在相变点附近近似恒温的特性 ,使其可用于调控目标的温度 ,以改变目标的热红外辐射强度 。已有研究表明 ,相变材料具有一定的热红外伪装能力,因此可以将相变微胶囊制成涂料 ,作为热屏障材料在红外隐身领域中应用 。纳米胶囊相变材料作为一种新型相变材料,其最大的优点是尺寸小、导热系数高 ,因而热效率更高,可以应用到精密仪器设备领域 ,比如电子器件等。同时 ,由于尺寸很小,其过冷现象可能也会增大 ,尤其是无机相变材料的纳米胶囊, 但是对于有机型相变材料影响较小 。细乳液聚合