掺杂铜、银纳米线的定形相变材料的制备及性能研究

定形相变材料是相变储热材料一个重要的发展方向，它相变前后外观形状不变，有重要的应用价值，但是它过低的导热系数又严重制约了其应用。某些一维纳米材料如铜、银纳米线等具有很好的导热性能和高的长径比。本项目拟首先制备出单晶结构铜纳米线和双晶结构银纳米线，同时研究采用聚合物支撑法和软硬嵌段法制备出聚苯胺基和聚乙二醇基两大系列定形相变材料。在此基础上研究将制得的铜、银纳米线与定形相变材料复合的方法，结合热力学研究手段，制得具有高储热能力和高导热能力的复合定形相变材料；采用微观结构表征手段研究复合材料内部纳米线、相变材料和支撑材料的结构特点及它们之间的界面特性，了解它们之间的相互作用；再进一步研究导热性能之数学模型的建立与优化，得到合理的数学模型；在此基础上，本项目还将探索所制备的复合定形相变材料对锂离子电池充放电过程的热保护应用,为高潜热、高导热的定形相变材料的制备与应用提供指导。

定形相变材料是相变储热材料的一个重要的发展方向，在太阳能热利用与热管理领域有广阔的应用前景。本项目通过表面聚合的方法制备出了以聚苯胺为支撑材料的聚苯胺/脂肪酸和聚苯胺/脂肪醇两类定形相变材料。定形相变材料中脂肪酸（醇）的含量可达80%（70%），相变储热能力达150~170 J/g。同时，通过软硬嵌段的方法制备了异氰酸酯/聚乙二醇定形相变材料，其相变储热能力达130 J/g左右。为改善定形相变材料的导热性能，本项目通过添加铜、银纳米线以提高定形相变材料的导热系数。对含纳米线的定形相变材料制备方法和纳米线对定形相变材料热力学性能的影响进行了系统的研究。结果表明：金属纳米线表面被有机相变材料包覆后，纳米线不会被制备聚苯胺时所需加入的过硫酸铵破坏。这一发现可为金属纳米线/高分子复合材料的制备提供借鉴。铜、银纳米线可以有效地增强相变材料的导热性能，金属纳米线的长度、直径与长径比对复合定形相变材料的热力学性能有重要的影响。此外，我们采用电化学-量热联用技术系统研究了锂离子电池在不同温度和不同充放电倍率下的吸放热特征，为将相变材料应用于此类电池的热保护打下了基础。本项目同时还开展了膨胀石墨类材料作为导热填料应用于定形相变材料的研究，结果表明以纳米膨胀石墨片为导热填料的定形相变材料可以承受较高的压力而不泄漏且其导热系数可得到大幅度提升。基于部分研究结果共发表SCI收录论文11篇，培养研究生4名，并申请公开国家发明专利2件。