Page 97 - 《精细化工》2021年第5期

第 5 期 李 军，等: 还原氧化石墨烯气凝胶/二十烷相变材料的制备及性能 ·951·

从图6可以看出，复合材料的最高热导率为32 ℃ 态和固态两种形式。图 8a、b 中是在室温下（25 ℃）
时的 0.4221 W/(m·K)，虽然整体上比二十烷高，但是 拍摄的，固态的二十烷附着于石墨烯片表层。而图
效果并不明显。出现这种情况的原因来自于 r-GO 8c、d 的样品被放置在 60 ℃的干燥箱中保存 1 h，
气凝胶本身，其热导率仅为 0.0323 W/(m·K)，因 然后用于拍摄。液态的二十烷在复合材料中是连
此二十烷和气凝胶复合后，对热导率的提升并不 续存在的，石墨烯片淹没于液态二十烷中，二十
大。此外，随着温度升高至相变点以上，二十烷 烷也依托于石墨烯片形成的许多薄层分布其中。由
和复合材料的热导率都急剧降低。这是因为物质 于石墨烯片与二十烷分子之间具有较强的分子间
在固态下分子相对位置稳定，热量在其中传递更 作用力以及多孔材料的毛细管作用，使得液态二十
加容易，而液态时分子处于运动状态，导致热量 烷分子能够存在于石墨烯片之间的区域，同时形
传递受阻，从而降低了热导率 [28] 。 成了液态的二十烷薄层，紧紧附着于每片石墨烯
2.3 形貌分析 的表面。
图 7 为 r-GO 气凝胶在不同放大倍数下的 SEM
2.4 光热转换分析
图。由图 7 可以看到，气凝胶完全是由石墨烯片堆
研究相变材料体系对于太阳能的吸收效率具有
积、折叠、缠绕而成的三维网络结构。气凝胶的孔
非常重要的意义。首先，它是相变材料用于太阳房
道组成了石墨烯片与片之间的孔隙，孔道的孔径大
等领域一个非常重要的评价指标。一个相变材料体
小分布在一个较宽的范围内，从几十纳米到几十微
系对于太阳能的储存效率越高，其应用前景也就越
米。石墨烯片在微观尺度上相互缠结形成网络结
大；其次，量化对于太阳能的储存效率能够指引研
构，因此气凝胶具有柔性，在发生形变后能够恢复
究方向，促使研究者采用各种技术手段去优化相变
原状。 材料体系以提高其性能。

作为骨架材料，r-GO 气凝胶具有较好的吸光
性能 [29-30] 。与相变材料复合，可以用气凝胶骨架
来吸收太阳能并转化为热能，然后将这部分热能
传递给相变材料用于热能存储。通过模拟太阳光线
照射在复合相变材料中（图 9a），检测样品温度随
着照射时间的变化，从而得到样品对光的吸收性

图 7 r-GO 气凝胶 SEM 图 能。样品的温度测量采用的是 Pt100 热敏电阻，首
Fig. 7 SEM images of r-GO aerogel 先将 Pt100 热敏电阻插入复合相变材料中，然后将
Pt100 热敏电阻与数据采集系统相连并导入电脑中。

复合材料 PCM4 的 SEM 图如图 8 所示。 对于样品的温度每 5 s 采集一个数据，再以样品温
度随时间变化作图就可得到光照对样品温度的影
响曲线。
图 9b 是模拟阳光下样品温度随时间的变化曲
线。由图 9b 可知，复合材料在刚置于光照下时温度快
速上升，经过 600 s 后，复合材料的温度上升到 35 ℃；
然后其温度上升速度明显减慢，到达 1800 s 后，样
品的升温速度再次快速增加；在 2300 s 时停止光
照，样品温度首先急剧下降，当样品温度大约在
36 ℃时降温速度明显减慢，再经过大约 1200 s 样
品温度小于 35 ℃后，样品再次快速降温直到接近
室温。在升温过程中温度上升速率明显减慢是发生

在样品温度约为 35 ℃时，而在降温过程中温度下
a、b—室温（25 ℃）；c、d—60 ℃，1 h
降速度明显减慢是发生在温度约为 36 ℃，这和二
图 8 复合材料的 SEM 图 十烷的固-液相变温度（34.2 ℃）吻合，说明二十
Fig. 8 SEM images of composites
烷这时发生了相变，减缓了温度的变化，起到了控
为了体现二十烷在 rGO 气凝胶骨架中存在液 温的作用。