上海交大发现构建大尺寸石墨纳米片合成高导热复合相变材料新思路
发布者:chplaza | 来源:上海交通大学新闻学术网 | 0评论 | 280查看 | 2019-10-21 13:00:36    

近日,上海交大机械动力学院制冷与低温工程研究所教授王如竹和副教授李廷贤等组成的能源-空气-水创新团队(ITEWA团队)与材料学院教授邓涛和密西根学院教授鲍华等跨学科合作,在Advanced Materials上发表论文,题目为“High-Performance Thermally Conductive Phase Change Composites by Large-Size Oriented Graphite Sheets for Scalable Thermal Energy Harvesting”,提出了通过构建大尺寸石墨纳米片合成高导热复合相变材料的新思路。


研究团队采用低成本、高产量的膨胀石墨作为导热强化添加剂,获得了比石墨烯更优越的导热强化效果,该方法有望加快相变材料在规模化储热及电子器件热管理方面的商业应用。本文的第一作者是制冷所博士研究生仵斯和李廷贤副教授,通讯作者是李廷贤、王如竹和邓涛。


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现有复合相变材料合成方法主要采用二维碳材料如石墨纳米片、多层石墨烯及单层石墨烯常用添加剂强化相变材料的热导率,这些二维碳材料通常为微纳米尺度,并且具有超高的本征热导率(>1500W/mK)。然而,将这些高导热添加剂与相变材料复合,所得的复合材料的热导率均不太理想。


文章提出通过从天然石墨片直接构建大尺寸石墨纳米片的方法合成高导热复合相变材料的概念,直接从天然石墨片获得大尺寸石墨纳米片,在粘附PCM颗粒、融化颗粒形成PCM涂层及压缩带PCM涂层的大尺寸石墨纳米片的复合材料合成过程中,保留这种大尺寸结构。


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基于上述材料设计方法合成的复合相变材料,在添加剂含量低于40wt%时,复合材料热导率可达35W/mK。另外,获得的复合相变材料具有较高的热导率和热效能,热导率比文献中数据高出2~6倍。文章还对高性能复合相变材料进行了应用研究,通过将复合相变材料与换热管结合开发了高效储热器件。此外,将复合相变材料用于动力电池热管理,测试发现,该复合相变材料可对高倍率工作下的电池进行有效控温,延长工作时间。


该研究工作得到了国家自然科学基金创新研究群体科学基金(51521004)以及国家自然科学基金优秀青年基金的大力支持。该团队曾在Joule、iScience、Research上发表过论文。ITEWA团队致力于解决能源、水、空气之间,学科交叉领域的前沿基础性科学技术问题,通过学科交叉分别从材料、器件直至系统层面提出整体解决方案,从而推动相关技术领域取得突破性进展。


Advanced Materials是工程与计算大学科、材料与化学大领域(包含材料化学、材料物理、生物材料、纳米材料等非常多的子学科,以及大量与材料相关的研究领域)的顶级期刊,影响因子为25.809,在国际材料领域科研界享誉盛名。

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