礦物基復合儲熱材料的制備與性能調控.pdf

1、中圖分類號UDC博士學位論文學校代碼!Q53三礦物基復合儲熱材料的制備與性能調控PreparationandPropertyControlofMineralbasedCompositeThermalStorageMaterials作者姓名：學科專業(yè)：研究方向：學院(系、所)：指導教師：李傳常材料科學與工程材料學資源生物學院楊華明教授答辯委員會主席中南大學2013年11月罵瑗博士學位論文摘要礦物基復合儲熱材料的制備與性能調控摘要：儲熱材料

2、作為儲熱技術的核心已被廣泛應用于太陽能光熱領域：太陽能熱發(fā)電、建筑節(jié)能、太陽能熱水系統等節(jié)能減排產業(yè)。然而，儲熱材料的高成本制備限制這些終端產業(yè)的發(fā)展，從而影響太陽能光熱技術的廣泛應用。因此，迫切需求高性能儲熱材料的低成本制備技術。由于儲熱材料的基礎研究欠缺，未能建立儲熱材料微結構與儲熱性能之間的關系，無法掌握儲熱材料性能調控的關鍵技術。礦物具有獨特的結構、豐富的形貌、良好的熱穩(wěn)定性等原料優(yōu)勢，同時具備簡單易得、價格低廉的成本優(yōu)勢。因此

3、，通過發(fā)掘天然礦物的儲熱特性，將礦物與儲熱材料結合有望低成本獲得高性能礦物基復合儲熱材料，并建立微結構與性能之間的聯系，實現儲熱性能的調控。本論文利用礦物的結構與形貌特征，制備了礦物基復合儲熱材料，并通過礦物改型和組合技術增強材料的儲熱性能。采用X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、X射線能譜儀(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)、巖相分析、紅外光譜(FTIR)、差式量熱掃描(DSC)、熱重(TG)以及N2吸附脫附曲線等表征了材料

4、的微結構，采用激光導熱儀、熱常數分析、低溫DSC以及儲放熱平臺評價了材料的性能。以赤鐵礦為骨料、粘土為粘結劑以及高嶺土尾渣為導熱系數調節(jié)劑，采用混合、壓制成型、自然干燥和焙燒等步驟，制備了新型顯熱儲熱材料，儲能密度(Gp)可達218106Jm“3K～；不同焙燒溫度處理時，導熱系數介于11l～164Wm“IK1；采用高嶺土尾渣作為調節(jié)劑，導熱系數在142～192Wm“IK1范圍內可調；通過表征粘土在焙燒過程的物相、形貌等微結構的變化，發(fā)現

5、粘土的微結構直接影響材料導熱性能，建立了礦物結構與導熱系數之間的聯系，從而揭示了礦物結構對儲熱性能的影響機制。選取三種不同形貌(片狀、層狀和棒狀)的高嶺土，采用真空浸漬法穩(wěn)定石蠟，制備了定型復合相變材料：PK／paraffin、LK／paraffin和RK／paraffin。PK／paraffm的熔融和冷卻潛熱分別為1072和1058Jg一；LK／paraffin的熔融和冷卻潛熱分別為948和930Jg～；RK／paraffin的熔融和