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伦斯勒理工学院Jie Lian等--三维空心还原氧化石墨烯管组件用于高导热相变复合材料和高效太阳能-热能转换
        由于其非凡的机械强度和导电导热性,石墨烯纤维及其衍生物已被广泛用于各种功能应用中。在这项工作中,我们报告了使用与石墨烯纤维相同的湿法纺丝方法合成的三维(3D)空心还原氧化石墨烯管组件(HrGOTA)。HrGOTA具有很高的导热性,并显示出封装相变材料以实现有效的太阳-热能转换的独特能力。HrGOTA由湿气融合的空心还原氧化石墨烯管(HrGOTs)层组成,其单个热导率高达578 W m-1 K-1。通过将1-十八醇浸渍到HrGOTs中,得到了一种1-十八醇填充的HrGOT相变复合材料(PCC),其潜热为262.5 J g-1。这一高潜热来自于1-十八醇和还原的氧化石墨烯管之间的界面相互作用,这一点从填充1-十八醇和1-十八醇/多壁碳纳米管填充的HrGOTA样品的XRD图案的变化中可以看出。此外,1wt%的多壁碳纳米管被添加到PCC中以提高可见光的吸收。由于其高导热性和可见光吸收率,这些新的PCC显示出高达81.7%的太阳-热能转换和储存效率,与最先进的碳基PCC相称,但其碳重量百分比明显较低。

 
图1. (a) 显示通过同轴湿法纺丝制造HGOT的示意图。(b) HrGOT的SEM图像。(c) 准备好的HrGOTs的数字图像。(d) 干燥过程中作用于空心氧化石墨烯凝胶管的力的示意图。(e) HrGOTA的数字图像。(f) 两个垂直方向的HrGOTs外表面水分融合的SEM图像。

 
图2. (a-f) 由HrGOT制备的1-十八醇填充的HrGOT复合材料的数字图像,其开口干燥时间为1、5、10、15、30和60秒。 (g) 液体1-十八醇在rGO片上的接触角测量。(h) 准备好的1-十八醇/MWCNT填充HrGOTA的数字图像。(i) 与1-十八醇和1-十八醇/MWCNT相比,填充有1-十八醇和1-十八醇/MWCNT的HrGOTA复合材料的XRD图案向右移动。

 
图3. (a) 填充1-十八醇的HrGOT的内热和外热相变焓值与它们的石墨烯重量百分比有关。(b) 1-十八醇填充的HrGOT在50次加热-冷却循环中的DSC曲线。(c) 1-十八醇填充的HrGOT的内热和外热相变焓值作为加热-冷却循环的函数。(d) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOT在50次加热-冷却循环中的DSC曲线。(e) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOT的内热和外热相变焓值作为加热-冷却循环的函数。(f) 1-十八醇、1-十八醇/MWCNT和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOT在热板加热300秒内的质量保留百分比。

 
图4.(a)在热板上加热的1-十八醇(第一列)、1-十八醇/MWCNT(第二列)、1-十八醇填充的HrGOTA(第三列)和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA(第四列)样品的红外图像。(b) 在热板上加热时,填充十八烷醇的HrGOTA、填充十八烷醇/MWCNT的HrGOTA、1-十八烷醇/MWCNT和1-十八烷醇样品的温度曲线。(c) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA中宏观和微观的导热网络示意图。(d) 通过LFA测量得出的1-十八醇/MWCNT和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的通面和面内热导率,不同碳重量百分比。(e) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的热导率提升与最近文献中其他碳基PCC的比较。

 
图5:(a)1-十八醇、1-十八醇/MWCNT、1-十八醇填充的HrGOTA和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的紫外-可见-近红外表征。(b) 1-十八醇填充的HrGOTA和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA在不同温度下的红外辐射率。(c) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA在太阳能模拟器中的太阳-热收集实验的设置示意图。(d) 在太阳辐射强度为4的情况下,不同层的1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的温度曲线。(e) 在不同强度的太阳辐射下,具有五层的1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的温度曲线。(f) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的最大太阳-热能转换和储存效率与近期文献中的碳基PCCs的比较。
 
      相关研究成果由伦斯勒理工学院Jie Lian等人2023年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.3c00546)上。原文:Three-Dimensional Hollow Reduced Graphene Oxide Tube Assembly for Highly Thermally Conductive Phase Change Composites and Efficient Solar–Thermal Energy Conversion。

转自《石墨烯研究》公众号
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