Preparation of High Thermal Conductivity Phase Change Monolithic Materials Based on Pickering Emulsion Stabilized by Surface Modified Graphene Oxide

doi:10.7503/cjcu20210593

Abstract

Abstract:

Filling with nano-materials is a common method to improve the thermal conductivity of phase change composites， and the dispersibility of nanomaterials is a key factor in enhancing thermal conductivity. In this paper， surface-initiated atom transfer radical polymerization（SI-ATRP） was used to modify grapheme oxide（GO） firstly， and then the modified GO was employed to stabilize Pickering high internal phase emulsion. Finally GO/paraffin monolith with high thermal conductivity was obtained by one step polymerization. SI-ATRP introduced molecular brushes on GO to improve the dispersion of GO， which endowed the monolith with excellent heat conduction enhancement effect， even under low GO content. When the content of GO was only 0.4% of the composite material， its thermal conductivity（3.968 W?m^-1?K^-1） was greatly improved compared to the thermal conductivity of pure paraffin（0.608 W?m^-1?K^-1）. The leakage rate of phase change material was only 1.1%—1.3% after 1000 cycles， showing good shape stability and thermal reliability. The prepared shape-stable phase change material has potential applications in temperature control and energy storage applications.

Key words: Shaped phase change material, High internal phase emulsion, Graphene oxide, Thermal conductivity

CLC Number:

O636

TrendMD:

YANG Junge, GAO Chengqian, LI Boxin, YIN Dezhong. Preparation of High Thermal Conductivity Phase Change Monolithic Materials Based on Pickering Emulsion Stabilized by Surface Modified Graphene Oxide[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210593.

Figures/Tables 14

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Sample	m（GO?PDMAEMA）/mg	m（Monomer）/g	m（AM）/g	m（HEMA）/g	m（MBAA）/g	m（Internal phase）/g	m（CTAB）/g
Poly75?15	0	8	2	6	1.44	75	3.75
Poly75?15?200	200	8	2	6	1.44	75	3.73
Poly75?15?300	300	8	2	6	1.44	75	3.75
Poly75?15?400	400	8	2	6	1.44	75	3.75

Sample	m（GO?PDMAEMA）/mg	m（Monomer）/g	m（AM）/g	m（HEMA）/g	m（MBAA）/g	m（Internal phase）/g	m（CTAB）/g
Poly75?15	0	8	2	6	1.44	75	3.75
Poly75?15?200	200	8	2	6	1.44	75	3.73
Poly75?15?300	300	8	2	6	1.44	75	3.75
Poly75?15?400	400	8	2	6	1.44	75	3.75

Sample	Internal phase ratio（%）	CTAB content（%）	m（Modified GO）/mg	Porosity（%）	Average pore size/nm	Pore volume/ （m²?g^-1）
Poly75?15	75	15	0	79.40	1668.4	8.805
Poly75?15?200	75	15	200（0.2%）	81.06	1074.0	14.674
Poly75?15?300	75	15	300（0.3%）	79.32	1084.1	13.443
Poly75?15?400	75	15	400（0.4%）	82.07	590.9	30.122

Sample	Internal phase ratio（%）	CTAB content（%）	m（Modified GO）/mg	Porosity（%）	Average pore size/nm	Pore volume/ （m²?g^-1）
Poly75?15	75	15	0	79.40	1668.4	8.805
Poly75?15?200	75	15	200（0.2%）	81.06	1074.0	14.674
Poly75?15?300	75	15	300（0.3%）	79.32	1084.1	13.443
Poly75?15?400	75	15	400（0.4%）	82.07	590.9	30.122

Sample	T_m/℃	T_f/℃	ΔH_m/（J?g^-1）	ΔH_f/（J?g^-1）	R（%）	E（%）	Heat storage capacity（%）
Paraffin	64.5	56.7	258.1	268.5	100	100	100
Poly75?15	62.8	46.5	200.7	204.1	77.8	76.9	98.8
Poly75?15?200	60.6	47.3	208.3	194.3	80.7	76.5	94.7
Poly75?15?300	63.1	46.4	206.0	210.6	79.8	79.1	99.1
Poly75?15?400	60.5	46.9	214.7	217.8	83.2	82.1	98.7