纳米银负载三聚氰胺泡沫基相变复合材料的一步法制备及结构与性能

doi:10.7503/cjcu20230222

摘要/Abstract

摘要：

以轻质柔性的三聚氰胺泡沫(MF)作为基体, 将其置于由乙二醇(EG)、硝酸银(AgNO₃)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氯化铜(CuCl₂)组成的反应溶液中, 利用高温环境中发生的氧化还原反应在泡沫骨架上生成纳米银(Ag), 随后通过真空浸渍法在泡沫基体中封装月桂酸(LA)制备相变复合材料. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和红外热成像仪等对制得的相变复合材料的形貌、结构和热性能进行研究. 结果表明，当AgNO₃浓度为4 mg/mL时, 纳米Ag均匀致密地沉积在MF骨架表面, 且同时存在Ag纳米粒子(AgNPs)和Ag纳米线(AgNWs)两种形态. 相变复合材料的相变焓高达144.0 J/g, 相变焓效率超过了80%, 呈现出优异的温度调节和储热能力. 本文提供了一种制备综合性能优异的相变复合材料的新策略, 有利于拓宽相变复合材料的应用领域.

关键词: 相变复合材料, 三聚氰胺泡沫(MF), 纳米银, 储热性能

Abstract:

The lightweight and flexible melamine foam（MF） served as the matrix was placed in a reaction solution consisting of ethylene glycol（EG）， silver nitrate（AgNO₃）， polyvinylpyrrolidone（PVP）， and copper chloride （CuCl₂）. Under high temperature conditions， a redox reaction occurred， resulting in the formation of nano-silver（Ag） on the foam skeleton. Subsequently， the phase change composites were fabricated by encapsulating lauric acid（LA） in foam matrix through vacuum impregnation method. The morphology， structure， and thermal properties of the phase change composites were investigated by scanning electron microscope（SEM）， X-ray diffractometer（XRD）， differential scanning calorimeter（DSC）， and infrared thermal imager， respectively. The results indicated that when the concentration of AgNO₃ was 4 mg/mL， nano-Ag was uniformly and densely deposited on the surface of the MF skeleton， and there were two forms of Ag， nanoparticles（AgNPs） and Ag nanowires（AgNWs）， presented simultaneously. The latent heat of phase change composites could reach up to 144.0 J/g， and the thermal efficiency exceeded 80%， demonstrating superior temperature regulation and heat storage capability. This paper provides a novel strategy for the fabrication of phase change composites with outstanding comprehensive property， thereby being in favor of broadening their potential applications.

Key words: Phase change composite, Melamine foam（MF）, Nano-silver, Thermal energy storage property

中图分类号:

O642

TrendMD:

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图/表 9

Fig.1 SEM images of internal skeleton of MF and Ag x @MF（A， B） MF；（C） Ag2@MF；（D） Ag3@MF；（E） Ag4@MF；（F） Ag5@MF.

Fig.2 XRD patterns of MF(a) and Ag4@MF(b)

Fig.3 SEM images of LA/MF and LA/Ag x @MF（A） LA/MF；（B） LA/Ag2@MF；（C） LA/Ag3@MF；（D） Ag4@MF；（E） Ag5@MF.

Fig.4 Flexibility of LA/Ag4@MF（A） Pre-compression；（B） compression；（C） after compression.

Fig.5 Leakage⁃proof performance of the samples during heating（A） Pure LA；（B） LA/Ag2@MF；（C） LA/Ag3@MF；（D） LA/Ag4@MF；（E） LA/Ag5@MF.

Fig.6 DSC curves of pure LA, LA/MF and LA/Ag x @MF（A） Melting process；（B） crystallization process.

Table 1 Detailed thermophysical parameters of LA, LA/MF and LA/Ag x @MF

Sample	T_mi/℃	T_mp/℃	ΔH_m/（J·g^-1）	T_ci/℃	T_cp/℃	ΔH_c/（J·g^-1）
LA	44.0	46.4	170.1	32.9	41.6	179.4
LA/MF	44.1	45.6	155.9	36.9	42.7	161.0
LA/Ag₂@MF	43.9	49.4	107.3	31.7	38.4	116.3
LA/Ag₃@MF	43.6	50.0	120.9	30.7	40.0	139.1
LA/Ag₄@MF	43.2	48.6	144.0	30.8	40.6	149.4
LA/Ag₅@MF	43.9	51.5	126.6	30.5	38.7	141.6

Fig.7 Infrared thermography of MF and LA/Ag4@MF（A） Heating process；（B） cooling process.

Fig.8 Temperature⁃time plots during thermal energy storage and release process

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