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高结构稳定性、低泄漏率三维铜@石墨烯复合相变材料的制备 被引量:5
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作者 李晓明 高逸丹 +8 位作者 孔庆强 谢莉婧 刘卓 郭晓倩 刘燕珍 卫贤贤 杨晓 张兴华 陈成猛 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第1期143-154,共12页
由于能源消费需求的持续增长和传统化学燃料的日益枯竭,对可再生能源的需求日益迫切。以地热能、太阳能为代表的可再生能源脱颖而出。然而,这些能源的应用易受到天气、季节、地点和时间的影响,具有不稳定性、随机性、波动性和间歇性。... 由于能源消费需求的持续增长和传统化学燃料的日益枯竭,对可再生能源的需求日益迫切。以地热能、太阳能为代表的可再生能源脱颖而出。然而,这些能源的应用易受到天气、季节、地点和时间的影响,具有不稳定性、随机性、波动性和间歇性。储能技术是解决上述问题的有效途径,它可以在需要的时候储存或释放能量。在各种储能技术可选材料中,相变材料(PCMs)是智能热能管理和便携式热能领域的有力候选者。大多数相变材料都存在导热系数低、环境污染、熔点泄漏等问题,因此有必要将相变材料封装到支撑骨架材料中。事实上,支撑材料在应用中仍面临着一些重大挑战。首先,骨架材料应能抵抗相变材料在相变过程中的体积变化,即具有良好的结构稳定性。其次,还应具有较高的导热系数和较低的泄漏率。石墨烯气凝胶(GA)已被证明是提高相变材料形状稳定性的有效支撑骨架,但相变引起的泄漏和网络结构的脆性是制约其应用的关键问题。在此,我们提出了一种双脉冲电镀的强化策略,用于制备铜@石墨烯气凝胶(Cu@GA)作为相变储能骨架材料。这一结构设计中,石墨烯气凝胶上的石墨烯片层上均匀地镀上了铜层,且不同片之间被铜镀层所连接。这种铜增强石墨烯气凝胶网络结构赋予复合材料良好的导热性和坚固的骨架稳定性,有利于增强相变换热和抑制相变过程中的泄漏。此外,通过真空浸渍法将十八胺(ODA)封装在Cu@GA骨架中,获得了结构稳定性高、泄漏率低的复合相变材料(Cu@GA/ODA),保证了ODA在Cu@GA骨架材料中的均匀分散和填充。通过比较复合相变材料的重量变化,研究了不同骨架对复合相变材料泄漏率的影响。优化后的复合相变材料(CPCM)Cu@GA/ODA经20次储热、放热循环后,泄漏率降低至19.82%(w,质量分数),而GA/ODA和GOA/ODA为骨架的复合相变材料的泄漏率分别为80.31%(w)和72.99%(w)。为了探讨这种影响的原因,用扫描电子显微镜(SEM)观察了循环后骨架的形貌。铜/石墨烯气凝胶(Cu@GA)骨架材料没有明显的收缩或坍塌,仍可以保持完整的三维网络结构,而氧化石墨烯气凝胶(GOA)和石墨烯气凝胶(GA)的骨架材料三维结构不复存在,且在氧化石墨烯/石墨烯片能够观察到明显的裂隙。铜涂层可以提高骨架的微观结构稳定性,有利于提高结构稳定性,降低复合材料的泄漏率。同时,该研究为构建理想的金属增强石墨烯气凝胶复合骨架材料铺平了新的道路,该复合材料具有优异的综合性能,可用于未来的相变储能、多孔微波吸收和储能应用。 展开更多
关键词 电镀 铜/石墨气凝胶 三维石墨烯骨架 相变材料 脆性
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石墨烯/纳米管复合结构吸附分离CO_2/CH_4混合物的分子模拟 被引量:9
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作者 雷广平 刘朝 解辉 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2015年第4期660-666,共7页
采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)及分子动力学(MD)方法探讨了石墨烯/碳纳米管三维骨架结构(GNHS)对等摩尔CO2/CH4二元混合物的吸附分离性能.模拟结果表明CO2比CH4更易吸附于GNHS中,GNHS与(6,6)SWCNT(单壁碳纳米管)相比具有更高的分离性能.随... 采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)及分子动力学(MD)方法探讨了石墨烯/碳纳米管三维骨架结构(GNHS)对等摩尔CO2/CH4二元混合物的吸附分离性能.模拟结果表明CO2比CH4更易吸附于GNHS中,GNHS与(6,6)SWCNT(单壁碳纳米管)相比具有更高的分离性能.随着温度升高,CO2的吸附量快速降低,而CH4的吸附量则呈现出先升高后降低的趋势.最后采用分子动力学方法计算了CO2与CH4的自扩散系数及停留时间等动力学相关参数,发现CO2在GNHS内扩散的阻力更大.而各组分在吸附剂外部吸附层内的扩散过程对混合物的分离也存在一定影响. 展开更多
关键词 石墨/碳纳米管三维骨架结构 吸附等温线 停留时间 吸附选择性 吸附系数
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