Page 119 - 《精细化工》2023年第6期

第 6 期 孟良晨，等: 二维手风琴状棕榈酸/MXene 复合相变材料的制备及性能 ·1269·

2.7 PA/MXene 的循环稳定性 在由固态转化为液态时，体积发生膨胀，而 MXene
PCM 的 循 环 稳定性 决定 其应用 价值 。对 的手风琴层状结构给予了材料足够的相变空间，随
PA/MXene 复合相变材料进行 50 次充放热循环，并 着 MXene 质量分数的降低，其提供的空间也随之减
在第 20、30、40、50 次分别测定其热导率，结果见 少，固-液相变转化为液态的 PA 由于没有足够的填
图 9。从图 9 可以看出，经过多次循环后，材料的热 充空间而被挤压出层状结构之外，从而发生了泄漏。
导率呈现小幅下降，但降幅均不超过循环前样品热导 结果表明，MXene 的加入可改善复合材料的循环稳
率的 12%。当 MXene 质量分数为 20%时，材料热导 定性。
率降幅最低，仅为 4.2%。这可能是由于循环测试时， 2.8 PA/MXene 的 UV-Vis DRS 分析
部分 PCM 泄漏至 MXene 的手风琴状结构之外形成 将丰富的太阳能转化为随时可用的能量是相变
了界面热阻，从而导致复合材料热导率略微下降。 材料的一个重要应用，这使得在白天阳光照射下储存
随着 MXene 质量分数的升高，缓解了材料的泄漏现 多余的能量并在夜间使用成为可能。图 11 为纯 PA 和
象，减轻了热导率的下降。尽管复合材料导热性能 MXene 质量分数为 2%、11%和 20%的 PA/MXene 的
会受循环次数的影响而降低，但衰减并不严重。 UV-Vis DRS 谱图。其中，PA 的吸收范围较窄，抑
制了其光吸收效率，仅为 200.0~263.2 nm，而 MXene
的吸收范围为 200.0~670.5 nm。不难看出，MXene
的加入改变了材料的吸收波长，PA/MXene 的吸光
边界从 263.2 nm（PA）扩展到 679.3 nm（PA/MXene-
20%），这可能是因为 MXene 的加入提高了太阳能
系统的效率。显然，用 MXene 作为支撑材料对 PCM
进行改性后，对分子间的动力学造成了影响，复合
材料继承了 MXene 的高光吸收效率，而 PA 几乎不
妨碍材料的光吸收。相变材料 PA 的 C—H 键与
MXene 纳米颗粒表面的原子之间的分子间相互作用

图 9 材料热导率随循环次数的变化曲线 可能会改善材料的光热转换性。所制备的具有较高
Fig. 9 Variation curves of sample thermal conductivity 吸光率的新型 PA/MXene 纳米复合材料可应用于太
with cycle times
阳能系统，并提高太阳能的利用效率。
图 10 是 PA/MXene 复合相变材料经过 50 次充
放热循环后质量的变化曲线。显然，MXene 的质量
分数会对材料的循环稳定性造成一定的影响。

图 11 不同样品的 UV-Vis DRS 谱图
Fig. 11 UV-Vis DRS of different samples

2.9 PA/MXene 的光热转换效率

图 10 材料质量随循环次数的变化曲线 MXene 纳米片具有十分出色的光热转换能力。
Fig. 10 Variation curves of sample mass with cycle times 如图 12a 所示，设置 太阳能模拟 器的强度为

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由图 10 可见，当 MXene 质量分数为 20%时， 300 MW/cm ，将复合 PCM 样品置于模拟器中，并
循环后的材料质量基本没有变化，这说明该样品具 将热电偶连接到数据记录器以测量 PCM 样品的温
有良好的循环稳定性，几乎不存在泄漏现象。而随 度。所测得的 PA、PA/MXene-2%、PA/MXene-11%
着 MXene 质量分数的降低，材料质量有不同程度下 和 PA/MXene-20%的时间-温度曲线见图 12b。
降，这说明经过循环，材料出现了泄漏，且复合 PCM 从图中可以看出，在荧光灯的照射下，含有
中 Mxene 质量分数越低，泄漏越严重。这是由于 PA MXene 的复合 PCM 的升温速率要比纯 PA 快得多。