具有自吸附功能的相变负载多孔材料的构筑及其蓄热性能研究

The project intends to prepare polysilsesquioxane carrier with various degrees of porous and hollow structures by combining the sol-gel method with hydrothermal method in the absence of the porogen, and explore the formation mechanism in the process. Architecting the pore structure of the microsphere can make it more adsorbable to phase change materials ( PCM). The thermal performance and cyclic freezing and thawing stability of the composite porous PCM can be verified through analysis methods such as differential scanning analysis (DSC) and differential thermal gravity (DTG). The mechanism of porous composite PCM is researched from two aspects: the formation of adsorption stucture and the phenomenon of automatic adsorption. A variety of typical silane coupling agents with functional groups are chosen as monomers to prepare polysilsesquioxane carrier with controllable morphology and porous degree, and the formation model will be established using dynamic analysis. The expectant controllable parameters include the degree of Ostwald ripening, the morphology of porous polysilsesquioxane microspheres, and the degree of porous and hollow structure of microspheres. By designing the polysilsesquioxane carrier structure, the influence mechanism of porous pore structure and surface modified on the adsorption capacity, the adsorption efficiency and other factors is investigated systematically. The project will improve the preparation methods largely and bring theoretic exploration for efficient and large-scale preparation of the PCM composite with automatic adsorption performance.

本项目拟采用凝胶溶胶法和水热方法相结合，采用透射电镜、扫描电镜、红外以及核磁等分析手段，研究在无致孔剂条件下具有不同多孔尺寸及空心程度的有机硅微球的制备机理；构筑微球的孔道结构，使之对相变材料实现自吸附，采用DSC、DTG等测试手段研究复合多孔相变材料的相变热以及循环冻融的稳定性；并研究复合多孔相变材料的自吸附结构的形成及吸附机理。选用多种典型的带有官能团的硅烷偶联剂作为制备单体，通过制备条件的设计，进行水热条件下Ostwald ripening熟化程度的调控，结合动力学分析建立机理模型，并通过对有机硅微球形貌以及有机硅微球内部的多孔及空心度的调控，实现形貌可控、空心度可控的微球制备。通过载体结构的设计，系统研究多孔孔道结构与表面修饰等因素在复合相变材料的吸附量、吸附效率等方面的影响规律，建立微孔道吸附模型。为高效、宏量制备自吸附复合多孔相变材料进行理论探索和提供制备工艺。

本项目于2016年1月至2018年12月期间，从聚倍半硅氧烷的形貌构筑到对相变材料进行吸附，针对非球形倍半硅氧烷的制备，以及三维网络结构倍半硅氧烷骨架的设计进行一系列的研究。发表学术论文3篇，其中SCI检索2篇，均为汤森路透JCR Q1区期刊。国内学术会议1篇。除此之外，尚有两篇汤森路透JCR Q1分区的期刊论文已投出，在审稿中。申请国家发明专利三篇，其中有两篇已经授权。一篇进入实质审查阶段。培养硕士研究生8名，项目负责人万贤从讲师晋升为副教授。.本项目以获得具有自吸附功能的相变负载多孔聚倍半硅氧烷为研究目的，分别从异形聚倍半硅氧烷的制备，空心，多孔结构的异形聚倍半硅氧烷的制备，以及采用新颖的双重锁定体系将相变材料吸附于聚倍半硅氧烷三维骨架进行热稳定性等一系列蓄热性能的研究为内容，系统的获得了性能优异的研究结果。.通过调控催化剂的浓度，调控反应液的搅拌速度，以及催化剂的滴加速度，进一步热处理即可得到相应多孔及空心聚倍半硅氧烷微粒。不仅制备了梭形多孔聚倍半硅氧烷微粒，还成功制备了梭形中空多孔、红细胞形多孔、红细胞形中空多孔形态的聚倍半硅氧烷微粒。.我们将此热处理用在相变材料微胶囊的制备中，成功获得了壳材具有一定柔韧性，并能够舒展和折叠的相变材料壳材。使其强度有了大幅度上升。能够耐受高低温的使用环境。.通过将聚倍半硅氧烷构筑形成三维网络结构，成功通过氢键作用将相变材料原位吸附在聚倍半硅氧烷三维网络之中，同时在反应体系中引入交联结构，使得被吸附的相变材料获得二次锁定，增强了三维网络对相变材料的持有能力，形成了定型相变材料。同时，双重锁定结构赋予了定型相变材料高出理论预测值的相变焓值。.本项目旨在为隔热保温材料、智能控温材料，电池组及高温热源的热管理进行功能材料的研发和蓄热性能的研究。为未来的能源节约和绿色可持续能源的利用奠定良好的基础，并力争为国家商用，民用智能控温材料提供性能优异的材料。