Page 96 - 《精细化工》2021年第5期

·950· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

表 1 二十烷和复合材料的 TGA 和 DSC 数据 二十烷在室温下（25 ℃）是晶体状态，而 80 ℃
Table 1 TGA and DSC data of eicosane and composites 时迅速转变为液体。被封装后，由于多孔骨架的毛
样品 残炭量/% w（二十烷）/% T m/℃ 相变潜热/（J/g） 细管吸附作用，液态二十烷被固定和吸附在 r-GO 气
二十烷 0.0 100.0 32.7 243.4
凝胶骨架的各种孔道和表面，避免了熔融过程中的
PCM1 18.4 81.6 36.7 139.7
泄漏。即使当环境温度高于二十烷的熔点时，复合
PCM2 16.3 83.7 37.3 159.9
PCM3 11.5 88.5 37.7 185.1 膜仍保持其形状，表现出优异的形状稳定性。形状
PCM4 3.0 97.0 37.5 214.8 稳定的功能为复合材料的长期使用提供了保证。
注：复合材料中因为 r-GO 骨架的含量较少，所以忽略了 复合相变材料在热能存储中应用是一个长期过
骨架在 TGA 测试过程中含氧基团（比如羧基）的损失。 程，因此必须具备长期的使用寿命周期。在使用过

如图 2a 所示，纯二十烷的 DSC 曲线升温过程 程中相变材料需要经历多次的相变过程，即多次吸
有一个吸热峰，降温过程中存在两个放热峰，表明 热-放热循环。需要复合相变材料在多次循环后，仍
二十烷在降温过程中有两次相变历程，高温处为液- 能保持较高的相变潜热和稳定的相变温度。本文选
固相变过程，低温处为固-固相变过程 [24-25] 。其相变 取的测试温度曲线区间为–10~70 ℃，升/降温速率
潜热为 243.4 J/g，起始相变温度（T m ）为 32.7 ℃， 为 5 ℃/min。PCM4 样品的 DSC 循环图见图 5。从
相变峰温为 34.2 ℃。 图 5 可以看出，复合相变材料 PCM4 在经历了 50
由 TGA 测试结果计算得到样品中二十烷的实 次循环后其 DSC 曲线基本重合，说明相变温度和潜
际质量分数分别为 81.6%、83.7%、88.5%和 97.0% 热都维持在一个稳定状态，也证明了复合相变材料
（表 1）。因为气凝胶骨架对复合材料的热导率有增 具有优良的冻融循环性能，这正是有机相变材料的
强作用，所以复合材料的初始热分解比二十烷提前 一个突出优势 [27] 。

到来（图 3）。对比发现，复合材料的相变潜热与二
十烷的质量分数成正比。当二十烷的质量分数为
81.6%时，其相变潜热为 139.7 J/g；当二十烷质量分
数为 97.0%时，其相变潜热增加到 214.8 J/g。此外，
随着二十烷质量分数的增加，复合样品的焓值虽然逐
渐接近二十烷，但是相变温度（T m）却升高了 4~5 ℃，
最大值为 PCM3 的 37.7 ℃。出现这种情况的主要原
因是二十烷基质被吸附在 r-GO 气凝胶网络之间，它
们之间的相互作用力可能会影响周围有机分子的运

动，从而延迟二十烷的结构变化，导致复合材料的
图 5 PCM4 样品的 DSC 循环图
相变温度升高 [26] 。 Fig. 5 DSC cycles diagram of PCM4 sample
二十烷与 PCM4 的防泄漏演示图见图 4。
2.2 热导率分析
为了得到相变材料在不同状态下的热导系数，对
二十烷和复合材料在相同温度下分别测定热导率。每
个样品独立测试 5 次，计算平均值，结果见图 6。

图 4 二十烷与 PCM4 的防泄漏性能照片
Fig. 4 Pictures of leakproof performance of eicosane and 图 6 二十烷和复合材料的热导率
PCM4 Fig. 6 Thermal conductivity of eicosane and composites