Page 48 - 《精细化工》2022年第12期

·2414· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

2.4 CuNP/PEG纳米复合固-液 PCMs的升降温曲线 根据图 6 和表 3 可知，PEG、CuNP(1%)/PEG、
由于无机水合盐类物质存在容易过冷以及相分 CuNP(2%)/PEG、CuNP(3%)/PEG、CuNP(4%)/PEG
离的固有缺点，因此目前经常使用的工作材料大多 和 CuNP(5%)/PEG 固-液 PCMs 在相同条件下由
数为有机物，并且为了保证材料的相变焓值，工作 25 ℃升至 70 ℃所需时间分别为 1584、1496、1416、
材料的质量分数通常在 70%以上 [6-11] 。然而，由于 1324、1228 和 1044 s。在室温下，样品由 70 ℃冷
有机化合物自身的导热能力欠佳，导致制备的 PCMs 却至 25 ℃所需时间分别为 2048、1944、1856、1748、
同样存在导热能力较差的问题，这使得 PCMs 无法 1624 和 1404 s。从测试结果来看，未掺杂 CuNP 的
及时传递热源提供的热量，未被及时传递的热量会 PEG 升降温所需时间最长，而 CuNP(1%)/PEG 与纯
以散失的形式耗散，导致材料的能源利用率偏 PEG 相比，材料的升降温时间分别缩短了 5.56%和
低 [15-16,47-50] 。提高材料的储放热速率，可以使材料 5.08%，并且缩短程度与 CuNP 掺杂量成正比。此外，
在相同时间内能够传递更多的热量，减少耗散损失。 引入的 CuNP 也充当了晶核的作用，使得 PEG 能够
通过记录样品在升降温时的温度变化并绘制升降温 以更快的速度结晶。当 CuNP 在体系内的质量分数
曲线可以更加直观地反映材料的储放热速率， 为 5%时，CuNP/PEG 固-液 PCMs 的储热速率与纯
CuNP/PEG 固-液 PCMs 的升降温曲线如图 6 所示， PEG 相比提高了 34.09%，放热速率提高了 31.45%，
升降温时间见表 3。 PEG 的结晶速率提高了 53.33%。通过实验可以证
明，CuNP 的引入能够显著提高 PCMs 的储放热速

率，使得材料能够在相同时间内存储或释放更多的
热量，提高热能的利用率。
2.5 CuNP/PEG 固-液 PCMs 的热循环稳定性
由于 PCMs 在实际使用过程中会频繁发生物相
变化，因此材料必须拥有一定的热循环稳定性来保
证使用寿命。PEG 主要依靠链段上的醚键来完成链
段运动，若醚键发生断裂则会使整个 PCMs 的相变
焓值下降甚至失去储能能力。然而，PEG 内的醚键
极易受到其他物质的影响发生断裂，因此，引入物
质应尽可能地降低对醚键的影响，以延长使用寿命。
为了考察 CuNP/PEG 固-液 PCMs 的热循环稳定性，
分别对经过不同热循环次数的 CuNP(5%)/PEG 固-
液 PCMs 取样并进行 DSC 测试，通过与未循环前样
品进行比较来评估材料的使用寿命及热稳定性，结
果见图 7 及表 4。

a—样品的升温曲线；b—样品的降温曲线
图 6 CuNP/PEG PCMs 的储放热速率
Fig. 6 Heat storage and release rates of CuNP/PEG PCMs

表 3 CuNP/PEG PCMs 的升降温速率
Table 3 Heating and cooling rates of CuNP/PEG PCMs

25~70 ℃ 相变 70~25 ℃ 结晶
名称
时间/s 时间/s 时间/s 时间/s

PEG 1584 608 2048 780 图 7 CuNP(5%)/PEG 固-液 PCMs 热循环后的 DSC 曲线
CuNP(1%)/PEG 1496 596 1944 760 Fig. 7 DSC curves of CuNP(5%)/PEG PCMs after thermal
cycles
CuNP(2%)/PEG 1416 542 1856 680

CuNP(3%)/PEG 1324 464 1748 544 如图 7 及表 4 所示，CuNP(5%)/PEG 固-液 PCMs
CuNP(4%)/PEG 1228 344 1624 420 在经过 100 次热循环后，相变焓值（ΔH m ）与初始
CuNP(5%)/PEG 1044 240 1404 364
样品相比没有明显变化。说明材料在经过 100 次热