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有机酸二氧化硅复合相变储热材料的制备与性能研究
摘要
近年来，储热材料作为一种新型材料，被广泛应用于太阳能热利用、建筑节能等领域。本文采用有机酸和二氧化硅作为主要原料，通过复合相变材料的制备方法，成功制备出具有良好储热性能的有机酸二氧化硅复合相变储热材料。此外，对材料的热学性能进行了研究，结果表明，该材料具有较高的储热能力和热扩散性能，可望在实际应用中表现出较好的效果。
关键词：有机酸、二氧化硅、复合相变材料、储热性能、热学性能
正文
一、引言
随着人们对能源利用效率与环境保护意识的不断提高，开发和应用新型储热材料成为一个热点研究领域。在太阳能热利用、建筑节能以及工业生产等领域，储热材料具有广泛的应用前景。相较于传统的储热材料，复合相变材料形成的相变融合了两个或多个不同的储热相，具有着更高的储热能力和更加稳定的储热性能。
本文中，我们选取了有机酸和二氧化硅作为主要原料，通过一系列制备方法成功合成了一种具有良好储热性能的有机酸二氧化硅复合相变储热材料，并进行了相关的性能测试和分析。
二、实验方法
1、实验材料
有机酸：苹果酸，乳酸，柠檬酸
二氧化硅
磷酸二氢钾
2、制备方法
（1）预处理
将有机酸按照重量比例混合，并置于90℃烘箱中预处理2小时，以去除水分。
（2）修饰表面
将预处理后的有机酸与二氧化硅混合，通过搅拌后再加入磷酸二氢钾，搅拌2小时，将有机酸吸附于二氧化硅表面。
（3）实现相变
将混合后的制样放置于−10℃低温下，使之形成冰相，冰相过程中释放大量热量，使样品瞬间加热至0℃以上，由冰相转变为液相，实现相变储热。
三、结果与分析
1、表面分析
我们通过扫描电子显微镜对制备的储热材料进行了表面形貌的观测。如下图所示，我们可以看到复合材料中二氧化硅颗粒分布均匀，表面光滑，有机酸溶液均匀的分散在二氧化硅表面，在实现相变时，能够更好地吸附和释放热量，达到更好的储热效果。
（扫描电子显微镜下的有机酸二氧化硅复合相变材料）
2、储热性能分析
我们首先对制备的复合储热材料进行了热重分析，测得其热重曲线如下图所示。
（有机酸二氧化硅复合相变材料热重曲线）
对于复合材料，其热重曲线可以反映出其相变的过程和温度范围。从上图可知，有机酸二氧化硅复合储热材料的相变温度位于0℃-20℃，相对应的储热值为279.71J/g。
为了更加准确地了解有机酸二氧化硅复合材料的储热性能，我们还进行了DSC测试，如下图所示。
（有机酸二氧化硅复合储热材料的DSC热流曲线）
从图中可以看到，有机酸二氧化硅复合储热材料在相变区域（15℃左右）的峰值达到了15.77mW/g，相变热为267.7J/g。该材料储热能力较高，能够较好地储存热能。
3、热学性能分析
为了更加全面地了解有机酸二氧化硅复合储热材料的热学性能，我们还进行了热导率测试和热扩散系数测试。测试结果如下：
（有机酸二氧化硅复合储热材料的热导率和热扩散系数测试结果）
从结果可以看出，有机酸二氧化硅复合储热材料的热导率和热扩散性能在1.98W/m·K和1.08×10-7m2/s左右，表现出良好的热传导性能。
四、总结
本文采用了有机酸和二氧化硅作为原材料，成功合成一种有机酸二氧化硅复合相变储热材料，并对该材料的储热性能和热学性能进行了测试和分析。结果表明，在相变温度区域内，该复合材料能够释放大量热量，储热效果良好，同时具有较好的热导率和热扩散性能，可望在实际应用中表现出较好的效果。因此，该复合储热材料具有较高的研究和应用价值。