化石燃料的快速消耗导致了严重的环境污染和气候变化,提高能源效率和能源供应脱碳成为解决能源和环境问题的关键所在。相变材料(PCMs)作为高效的热能利用和储存元件,是进行可再生热能回收利用的首选材料。然而,PCMs高温下的流动性质和低热导率限制了其实际应用。因此,开发防泄漏和高导热性的PCMs在能源回收上具有重要意义。
PW微胶囊是通过三聚氰胺甲醛(MF)在微球表面的原位聚合制备得到,其具体制备流程如图1所示。将ChNCs悬浮液用作PW的乳化剂在超声作用下制备稳定的Pickering乳液,稳定的PW乳液作为MF预聚体原位聚合的模板以在PW微球表面形成一层密闭的MF层。
图1 MF壳包裹的PW微胶囊制备示意图。
图2 不同浓度的ChNCs悬浮液稳定的PW乳液的(a)照片和显微图像,(b)对应的粒径分布,以及对应的PW乳液在加热-冷却100次循环后的显微图像。
图3 不同浓度ChNCs悬浮液稳定PW乳液的流变性能(a)表观粘度; (b) G ''(实心符号)和G″(空心符号)
图4 不同浓度ChNCs乳化的 PW乳液的(a)荧光显微图像和(b)70oC下静置0 min和60 min 的PW乳液的SEM图像。
为了防止PW在高温环境下的泄露,在PW微球外包裹一层致密的MF外壳是一个有效的方法。通过FTIR光谱验证MF层的成功合成,图5a显示ChNCs,MF和PW红外光谱中存在的典型特征峰最后都出现在PW微胶囊的红外光谱中,这意味着复合物的成功合成。此外,PW微胶囊的微观图像和尺寸分布都证实了MF层形成于PW微球表面。
图5 PW微胶囊的(a)FTIR、(b)光学显微图像、(c)尺寸分布和(d)SEM图像。
图6 (a)纯PW和(b)PW微胶囊用酒精灯间接加热的试验;(c)纯PW和(d)PW微胶囊的直接燃烧试验;(e)PW微胶囊在用酒精灯间接加热后的SEM图像。
图7 (a)不同材料的温度测试示意图;(b) PW微胶囊和PW mics/Cf在70oC加热板上不同时间的热红外图像;PW微胶囊和PW mics/Cf不同位置((c)a点,(d)b点和(e)c点)的温度变化曲线。
总之,本研究通过以ChNCs稳定的PW乳液作为模板,在PW微球外表面进行MF的原位合成得到包裹密闭的MF壳层的PW微胶囊。ChNCs为稳定的PW乳液的形成创造了条件。MF壳的包裹不仅赋予了PW微胶囊防泄露性,还使PW微胶囊具备自熄性,大大增加了PW微胶囊的使用安全性。此外,通过将PW微胶囊与泡沫金属联用有效提升了PW微胶囊复合材料的热导率。这使该复合材料在热能储存和发热设备的温度调节方面具有广阔的应用前景。
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124374
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