中空核壳结构Cu@SiO2颗粒的可控合成及高温储热性能研究

金属作为相变材料具有相变温度高、导热性好和相变潜热大等优点，在各类高温工业余热回收利用方面应用前景广阔。然而由于金属在高温相变时的强腐蚀性，对金属进行合适的封装是金属作为相变材料推广应用的前提。本项目在液相合成中空核壳结构Cu@SiO2颗粒，利用耐腐蚀性强、熔点高的SiO2封装相变潜热大、导热率高的高温相变材料Cu，且SiO2外壳和相变材料Cu内芯间具有可调的中空结构，为颗粒相变时伴随的体积变化提供理想空间，提高封装结构的稳定性。具体的研究内容包括阐明制备过程对中空结构的影响因素、测定颗粒的储热和传热性能、利用FLUENT对凝固/熔化传热过程进行数值模拟、运用电化学分析方法研究核壳接触界面腐蚀行为，揭示中空结构对Cu@SiO2颗粒储热性能和腐蚀性的影响规律。本项目旨在解决纳微尺度上金属相变材料的封装问题，不仅为开发新型高效的高温储热材料提供新思路，还为高温相变材料的工业应用提供理论支撑。

利用金属相变温度高、导热性好和相变潜热大与解决金属高温时相变腐蚀问题成功地将金属相变材料的合成与封装联系在一起，实现一体化的合成与封装。以Ag-贵金属核壳结构纳米材料为起始模板，采用正硅酸乙酯水解聚合反应，包覆一层SiO2。利用化学试剂脱除Ag内核，合成中空结构Cu@SiO2纳米材料，研究脱除内核Ag影响因素对中空结构的影响规律，进一步研究中空结构与其储热传热之间的关系。. 通过改变乙醇、氨水、水比例，加入一定量正硅酸乙酯，通过正硅酸乙酯水解聚合反应制备出不同尺寸的二氧化硅。实验证明调节正硅酸乙酯的量合成不同尺寸二氧化硅起着重要作用。. 利用油相合成了不同结构的Ru、Ru-Ag、Au@Pt异质结构纳米颗粒，采用BSPP能与Ag有效结合的反应特性，能将核壳结构纳米Ag有效去除。这种制备中空核壳结构纳米颗粒的方法，为中空核壳结构纳米材料的制备提供了一种通用的新途径。.中空结构Cu@SiO2 纳米颗粒制备是使用Ag作为牺牲模板，采用油相合成Cu@ Ag核壳结构纳米材料，通过相转移，在水相中加入正硅酸乙酯，氨水催化正硅酸乙酯水解聚合反应合成Cu@Ag@SiO2。BSPP与Ag配位络合形成络合物并促进Ag由金属纳米颗粒内向外扩散的过程，利用BSPP特性，将位于内核或者内壳层中的Ag除去，成功合成出中空结构Cu@SiO2 纳米颗粒。. 中空结构Cu@SiO2颗粒热重-差热结果，通过NETZSCH-proteus analysis进行了计算与分析，相变温度约为1076.2 ℃，相变焓为144.7 J/g。对Cu@SiO2体系导热性进行了研究， Cu@SiO2体系导热系数为0.41 W/(m•K) ，比SiO2悬浮液体系导热性明显提高。最后利用FLUENT对不同核壳结构Cu@SiO2颗粒凝固/熔化传热过程进行数值模拟，纳米颗粒增强传热，模拟结果与实验一致。