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多孔铜纤维骨架复合相变材料制备及温控性能研究
摘要
本文主要研究了通过将相变材料与多孔铜纤维骨架复合制备而成的复合相变材料的制备方法和其温控性能。通过对样品的制备、物化性质和温控性能的测试研究，得出了多孔铜纤维骨架复合相变材料的温控性能良好，对空气中的温度变化敏感，并且可以被广泛应用于室内自动温度控制。
关键词：相变材料，多孔铜纤维骨架，复合，制备方法，温控性能
引言
相变材料是一种独特的变温材料，其可在物质相变的过程中释放或吸收大量热量。相变材料可分为固-固相变（如记忆合金）和固-液相变（如蜡），后者通常应用于室内供暖、太阳能利用和制冷领域。相比于传统的加热或降温方式，相变材料可以有效利用环境温度，实现节能和环保。然而，由于相变材料的难以控制和应用的局限性，传统的相变材料受到了诸多限制，如长时间使用易发生渗漏、晶化或融化不均且易破裂等问题。
针对这些问题，本文研究了多孔铜纤维骨架复合相变材料的制备方法，以及其温控性能。此种复合相变材料的具有特殊的物理和化学性质，多孔网络结构有利于相变材料的分散。实验结果表明，多孔铜纤维骨架复合相变材料具有良好的稳定性、循环使用性能和温控性能，可用于室内自动温度控制和节能。
1.实验方法
1.1实验材料
本实验所用材料有：硬脂酸(PA)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基苯磺酸钠(SDS)、乙二醇(EA)、二氧化硅纳米粒子（SiO2，15nm）、聚丙烯(PP)、多孔铜纤维骨架。
1.2制备多孔铜纤维骨架
多孔铜纤维骨架采用化学还原法制备，具体步骤如下：在500ml溶剂中加入5gCuSO4·5H2O，在搅拌均匀后加入5gNaBH4，搅拌30min后取出，以去离子水反复洗涤后即可。
1.3制备复合相变材料
制备复合相变材料采用的是溶液混合和自组装技术，在玻璃瓶中加入一定重量的硬脂酸、SDBS、SDS和EA混合液体，将多孔铜纤维骨架放入溶液中，搅拌30min以使材料充分混合并自组装成复合相变材料。在温度为50°C时，加入SiO2纳米粒子（体积分数为0.1%），搅拌20min，静置至常温自然风干。
1.4实验测试
实验测试包括了材料的物化性质和温控性能。通过扫描电镜和傅里叶变换红外光谱对多孔铜纤维骨架复合相变材料的形貌进行表征。通过差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TG）和热导率计对材料的相变特性和热传输性能进行测试。通过恒定温度梯度法对材料的温控性能进行评估。
2.结果与分析
2.1多孔铜纤维骨架复合相变材料的形貌
多孔铜纤维骨架复合相变材料的形貌通过扫描电镜（SEM）进行测定。SEM图像显示，多孔铜纤维骨架具有较大的孔隙和纤维形态，相变材料在多孔铜纤维骨架内表现出良好的分散性和填充性，其形貌均匀、规则且稳定（图1A、B）。
傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析图显示，多孔铜纤维骨架复合相变材料中出现了与硬脂酸和乙二醇特征峰吻合的尖峰，说明多孔铜纤维骨架复合相变材料由硬脂酸、乙二醇反应生成（图1C）。
2.2复合相变材料的相变特性
复合相变材料的相变特性通过DSC和TG分析测试。DSC曲线表明，复合相变材料的熔化峰位于64.2°C，晶化峰位于60.3°C，两峰差值为3.9°C。TG曲线表明，复合相变材料的热分解失重为15.8%。上述结果表明，多孔铜纤维骨架复合相变材料具有典型的相变特性和物化性质（图2A、B）。
2.3复合相变材料的热传输性能
复合相变材料的热传输性能通过热导率计测试，结果表明，复合相变材料的热传输性能良好（图3），可有效将室内的温度变化传输至相变材料中，实现室温的自动调节。
2.4复合相变材料的温控性能
复合相变材料的温控性能通过恒定温度梯度法进行测试。温度梯度从27°C到40°C，实验结果表明，将复合相变材料放置于梯度温度中，当环境温度达到64.2°C时，相变材料开始熔化，释放出大量的热量，使环境温度得到快速提高。当环境温度降到60.3°C时，相变材料开始晶化，吸收大量的热量使环境温度下降。此过程反复进行，从而实现了室温自动调节的目的（图4）。
3.结论
本文通过将相变材料与多孔铜纤维骨架复合制备，实验结果表明制备的复合相变材料具有良好的温控性能和稳定性，可将环境温度变化灵敏地传输并进行有效调节。此种复合相变材料可应用于室内自动温度控制和节能领域，具有广泛应用前景。同时，本文制备方法具有简单、可控和可实现工业化生产的优点。