一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠

熱管理博覽會

2023年8月4日 09:28

來源 | Small

背景介紹

相變材料(Phase Change Materials, PCMs)作為能量儲存和轉換材料，不僅可以在相變過程中吸收和釋放潛熱，還可以通過可控的潛熱吸收和釋放來調節目標物周圍的溫度。因此，PCM在熱管理和溫度調節方面具有潛在的應用前景。雖然PCM在熱能利用和熱管理領域具有很大的潛力，但大多數PCM光熱轉換性能較差，限制了PCM的太陽能利用效率。因此，探索具有優異光熱轉換性能的相變材料至關重要。

研究人員在 PCM中加入了光熱轉換材料來增強其吸收陽光的性能，以獲得良好的光熱相變儲能性能。鎵銦合金(EGaIn)作為一種液態金屬，因其流動性強、電導率高、導熱性好，在柔性可穿戴電子產品、熱界面材料等領域得到了廣泛的應用。到目前為止，基于EGaIn的光熱相變儲能材料的報道很少，主要是由于EGaIn的儲能性能較低。因此，同時提高EGaIn的光熱轉換和儲能性能，對于拓寬EGaIn在光熱相變儲能領域的應用具有重要的科學意義。在之前的工作中，硬脂酸-鎵銦合金（STA-EGaln）TA-EGaIn作為一種有機相變儲能材料，由于相變過程中固有的液體泄漏，其大規模應用受到限制。因此，克服光熱相變儲能系統的泄漏是至關重要的。

多孔支架與 PCM相結合是防止相變過程中泄漏的有效方法。在之前發表的研究中，多孔支架在防止相變材料泄漏方面取得了優異的效果。但這些多孔支架的不可生物降解性會對環境造成負面影響，因此許多研究人員將重點轉向了基于生物質材料的支架。然而，有機PCMs的導熱性差也極大地限制了纖維素/有機PCMs復合材料的實際應用。

盡管STA-EGaIn中的EGaIn具有優異的導熱性，但EGaIn與硬脂酸(STA)之間仍然存在熱阻，這將降低相變儲能復合材料的導熱性。降低熱阻是提高相變儲能復合材料導熱性的一種很有前途的方法。最近，通過被動熱管理調節紅外發射的能力賦予了PCMs在紅外隱身領域的潛在應用。然而，如何同時提高相變材料的熱管理和紅外隱身性能，提高相變焓，提高光熱轉換能力和導熱系數，目前的研究還很少。因此，有必要構建基于EGaIn的相變材料，同時提高相變焓、光熱轉換能力和導熱系數，以及多場景應用(熱管理和紅外隱身)，以擴展其在下一代新型高性能EGaIn基相變材料中的應用。

成果掠影

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖2

近期，新加坡國立大學材料科學與工程系Swee Ching Tan教授聯合南京林業大學付宇教授在開發具有高相變焓、光熱轉換能力和導熱系數的EGaIn基相變材料取得新進展。本研究通過簡單的機械球磨工藝制備了一種具有優異光吸收性能的新型EGaIn基相變儲能材料(STA-EGaIn)。采用定向冷凍干燥法和烷基化反應法制備了木片激發纖維素納米晶氣凝膠，同時提高了木片激發纖維素納米晶氣凝膠的防漏和浸漬性能。為了提高STA-EGaIn的導熱性能和光熱性能，引入MoS2來降低STA-EGaIn的界面熱阻，調整EGaIn基相變儲能復合材料的光吸收性能。所得復合材料具有優異的光熱轉換性能、高相變焓、防泄漏性能和增強的導熱性。結果表明，基于EGaIn的PCM可用于太陽輻照下儲能裝置(超級電容器)的溫度調節，在紅外隱身領域具有廣闊的應用前景。該工作為制備具有高光吸收性能的新型EGaIn基相變儲能材料和EGaIn在相變儲能和熱管理領域的廣泛應用鋪平了新的道路。研究成果以“Wood Lamella-Inspired Photothermal Stearic Acid-Eutectic Gallium-Indium-Based Phase Change Aerogel for Thermal Management and Infrared Stealth ”為題發表于《Small》。

圖文導讀

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖3

圖1.(a) STA-5EGaIn/MoS2的制備工藝,(b) 烷基化碳納米管氣凝膠,(c) A- CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠。

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖4

圖2.(a)CNC和A- CNC的FTIR曲線,(b) CNC和A- CNC的XPS曲線,(c,d)C 1s與CNCs和A-CNCs的XPS譜擬合,(e)STA-5EGaIn、MoS2和STA-5EGaIn/MoS2的FTIR曲線,(f)STA-5EGaIn/MoS2的XPS曲線,(g)C1s擬合STA-5EGaIn/MoS2的XPS光譜,(h) Ga 2p1/2擬合STA-5EGaIn/MoS2的XPS光譜,(i)Ga 2p3/2擬合STA-5EGaIn/MoS2的XPS光譜,(j)STA-5EGaIn/MoS2的Mo 3d擬合XPS光譜,(i) EGaIn,(l) STA-5EGaIn,(m)STA-5EGaIn/MoS2的圖像。

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖5

圖3.(a)放大180倍的STA-50EGaIn掃描電鏡圖像,(a’)300倍放大后的STA-50EGaIn掃描電鏡圖像,(b)放大180倍后STA20EGaIn的SEM圖像,(b’)300倍放大后的STA-20EGaIn掃描電鏡圖像,(c) STA-5EGaIn在100倍放大下的SEM圖像,(c’)放大500倍后STA-5EGaIn的SEM圖像,(d)放大18000倍后的MoS2的SEM圖像,(e)放大180倍時STA-5EGaIn/MoS2的SEM圖像,(f)放大300倍時STA-5EGaIn/MoS2的SEM圖像光熱加熱性能。

圖4.(a) STA-50EGaIn, (b) STA-20EGaIn, (c) STA-5EGaIn和(d) STA-5EGaIn/MoS2的數字圖像,STA, STA- 50egain, STA20EGaIn, STA- 5egain和STA- 5EGaIn /MoS2的DSC熱圖,(e)熔化和(f)凍結過程。STA、STA- 50EGaIn、STA- 20EGaIn、STA- 5EGaIn、STA- 5EGaIn /MoS2的DSC數據為:(g)熔化溫度(Tm)， (h)凍結溫度(Tf)， (i)熔化焓(ΔHm)，( j)凍結焓(ΔHf),(k) STA、EGaIn粉末和STA- 5EGaIn的紫外-可見吸收光譜,(l) STA-5EGaIn和STA-5EGaIn/MoS2的紫外-可見吸收光譜。

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖7

圖5.CNCs氣凝膠的SEM圖:(a)俯視圖，(b)內部側面視圖,A-CNCs氣凝膠的SEM圖像:(c)內部側視圖,(d) A-CNC/STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠的數字圖像,A-CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠的SEM圖像:(e)俯視圖，(f)內部側面視圖。樣品在80℃時的防漏性能:(g) STA-5EGaIn/MoS2樣品,(h) a - cnc /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠。

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖8

圖6.STA、STA- 5EGaIn /MoS2、CNC /STA- 5EGaIn /MoS2氣凝膠和A -CNC /STA- 5EGaIn /MoS2氣凝膠的DSC熱圖:(a)熔化和(b)冷凍過程。STA、STA- 5EGaIn /MoS2、CNC /STA- 5EGaIn /MoS2氣凝膠和A -CNC /STA- 5EGaIn /MoS2氣凝膠的DSC數據:(c)熔化溫度(Tm)，(d)冷凍溫度(Tf)，(e)熔化焓(ΔHm)，(f)冷凍焓(ΔHf),(g) STA、STA- 5EGaIn /MoS2、CNC/STA- 5EGaIn /MoS2氣凝膠和A -CNC /STA- 5EGaIn /MoS2氣凝膠的浸漬比(R)和h)儲熱能力(h),(i)一系列光熱PCMs相變焓的比較。

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖9

圖7.(a)模擬陽光下的A-SC示意圖,(b) sc示意圖,(c) A-SC示意圖,(d) SC的CV曲線,(e) A - CNC/STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠和SC在陽光照射下的溫度變化,(f) A-SC和純SC在陽光照射下的溫度變化,(g) A-SC中SC和SC在太陽照射下的升溫速率,(h) SC和A-SC在陽光照射下的電容保持量,(i) A-SC在太陽照射下的第1、59次CV曲線,(j)太陽照射下A-SC的第一次GCD曲線和第35次GCD曲線,(k) A - CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠在A-SC中的吸熱和放熱示意圖。

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖10

圖8.(a)復合材料光熱轉化過程示意圖,(b) cnc氣凝膠、A - CNC氣凝膠、A - CNC/STA-5EGaIn氣凝膠和A - CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠的紫外-可見-近紅外反射光譜,(c) 1 kW m?2下A - CNC /STA-5EGaIn氣凝膠和A - CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠的表面溫度變化曲線,(d) A - CNC /STA-5EGaIn氣凝膠在1 kW m?2和冷卻過程下的紅外圖像,(e) A - CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠在1 kW m?2和冷卻過程下的紅外圖像,(f) 1.5 kW m?2下A - CNC /STA5EGaIn氣凝膠表面溫度變化曲線,(g) 2 kW m?2條件下A - CNC/STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠表面溫度變化曲線,(h) STA、A - CNC /STA- 5egain氣凝膠和A - CNC /STA- 5egain /MoS2氣凝膠的導熱系數。

一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠的圖11

圖9.(a)A-CNCs STA-5EGaIn /二硫化鉬氣凝膠加熱在90℃/33分鐘的紅外熱圖像,(b)的紅外熱圖像的加工中心氣凝膠加熱在33分鐘≈90℃),(c)熱物體的表面輻射溫度和地表輻射溫度變化A-CNCs / STA-5EGaIn /二硫化鉬氣凝膠在加熱過程中在33分鐘,90℃,( d)的表面輻射溫度熱對象和加工中心氣凝膠的表面輻射溫度變化在供暖,(e)A-CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠與CNC氣凝膠在≈90°C加熱33 min過程中的表面輻射溫度變化對比,(f)A-CNC/STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠紅外熱像圖,(g)手的表面輻射溫度和A-CNC/STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠在手上5分鐘的表面輻射溫度變化,(h)A-CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠的紅外隱身機理。

END

★ 平臺聲明

部分素材源自網絡，版權歸原作者所有。分享目的僅為行業信息傳遞與交流，不代表本公眾號立場和證實其真實性與否。如有不適，請聯系我們及時處理。歡迎參與投稿分享！

登錄后免費查看全文

立即登錄