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偶氮苯相变复合材料的制备及其光热存储性能研究

刘浩  
【摘要】:利用相变材料(PCMs)储能是实现可再生能源高效存储与应用的重要手段。环境温度的改变能够驱使相变材料发生相态的转变,进而实现能量的存储与释放。但是受自身结构的限制,有机相变材料存在能量密度低和相变温度难以控制的难点,使其在长效存储与可控热释放方面面临巨大的挑战,阻碍了在相变储能领域的应用。针对该问题,本文在分子设计的基础上,对具有光致异构化响应的偶氮苯分子进行了适当的官能团改性,并与低温有机相变材料进行了复合,制备得到不同偶氮苯摩尔掺杂比例的偶氮苯相变复合材料(Azo@Tde),并实现光诱导可逆固液相变。通过紫外光(365 nm)充能前后Azo@Tde结晶温度的变化引入了过冷度,实现了Azo@Tde在低温条件下的光控热释放。研究显示Azo@Tde在可控能量存储与释放方面具有巨大的潜力。通过研究不同比例下Azo@Tde复合材料的光控性能,发现充能后Azo@Tde的结晶温度降低至-6.7℃,过冷度可达8.8℃,这表明Azo@Tde具备低温下可控热释放的性能。通过光诱导其异构化转变和相变,使Azo@Tde的能量密度达到207.5J·g~(-1)。通过红外热像仪追踪了利用Azo@Tde制造的光热储能装置在低温下蓝光(420 nm)激发热释放的温度变化,结果显示充能后的Azo@Tde通过热释放能够将装置温度由-0.3℃升高至3.7℃,成功验证了光控热释放的可行性。另外借助此装置架构了具有光控性、可循环性和定位性的微型热管理系统,证明了该复合材料可实现固态光热循环利用,为储能材料未来在深空等昼夜交替极端环境下的能源应用领域提供了基础。


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